El agua dulce contaminada es una gran pesadilla ambiental y cada vez es más común. Verter desechos en fuentes de agua dulce puede dañar los ecosistemas acuáticos y potencialmente incluso afectar el agua que bebemos. Sin embargo, la forma en que comprobamos la calidad del agua es complicada y costosa.
Investigadores japoneses han desarrollado un dispositivo rentable y autoalimentado para controlar la calidad del agua en lagos y ríos de agua dulce. Este dispositivo flota en el agua y está fabricado con materiales asequibles a base de carbono.
Pila de combustible microbiana
La descarga de aguas residuales orgánicas es un problema alarmante en los lagos y ríos de agua dulce, escriben investigadores de la Universidad Ritsumeikan, Japón. Desafortunadamente, las aguas residuales contaminadas comúnmente se descargan y llegan a los sistemas de agua dulce. Estos vertidos incluyen restos de comida de residuos domésticos, así como residuos industriales y agrícolas. Estos pueden descomponerse en el agua y liberar nutrientes que, a su vez, provocan un crecimiento excesivo de algas, que puede matar plantas acuáticas y peces.
Por lo tanto, monitorear la contaminación del agua dulce es una tarea importante. Pero no existe una manera fácil de hacerlo.
Las masas de agua dulce pueden estar contaminadas por una amplia variedad de fuentes y determinar la fuente exacta de contaminación puede resultar complejo. Luego, una vez en el agua, los contaminantes pueden sufrir diversos cambios químicos, biológicos y físicos. Pueden unirse con otros compuestos, descomponerse con la luz solar o las bacterias, o depositarse en el fondo. Esto dificulta su seguimiento y medición con precisión. Por último, también está la cuestión del coste.
Los científicos pueden rastrear diversos tipos de contaminación, pero el monitoreo regular puede resultar costoso, especialmente cuando se utilizan métodos analíticos avanzados. Además, algunas fuentes de agua dulce pueden estar ubicadas en áreas remotas o de difícil acceso, lo que dificulta el monitoreo regular. Aquí es donde entran los nuevos sensores.
Los investigadores japoneses desarrollaron biosensores flotantes para monitorear la calidad del agua en la entrada de lagos y ríos de agua dulce. Los sensores se basan en bacterias que producen corrientes eléctricas en función de su metabolismo. Esta pila de combustible microbiana (MFC) genera más energía si se aumenta la cantidad de contaminantes orgánicos.
Para crear este sistema, el equipo llenó el ánodo (uno de los dos componentes principales de la batería, donde tiene lugar la oxidación) con tierra que contiene bacterias electrogénicas. Esta bacteria descompone continuamente la materia orgánica del agua y la convierte en electricidad.
Luego, la electricidad alimenta un LED. El LED comienza a parpadear cuando el nivel de contaminantes orgánicos supera un umbral específico y parpadea más cuanto más aumenta la contaminación.
“Desarrollamos un biosensor flotante autónomo y autoalimentado basado en una celda de combustible microbiana (MFC) para la detección temprana de aguas residuales orgánicas. La carcasa del MFC se fabricó con una impresora 3D y los electrodos se fabricaron con materiales de bajo costo a base de carbono”, comenta el profesor Kozo Taguchi de la Facultad de Ciencias e Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Ritsumeikan, quien dirigió el estudio.
“Debido a que el biosensor MFC produce su propia electricidad, no requiere fuente de alimentación externa. Además, se puede utilizar en sistemas de detección temprana que monitorean la entrada de aguas residuales orgánicas en cuerpos de agua dulce”.
La tecnología es particularmente interesante porque es económica y sostenible. No necesita una batería externa, los materiales son de bajo costo y el dispositivo puede rastrear continuamente la contaminación orgánica.
Nunca ha sido más importante salvaguardar nuestros sistemas de agua. Dado que el mundo utiliza más agua dulce que nunca y con el cambio climático, los sistemas hídricos se encuentran cada año bajo mayor presión. Con el aumento del consumo de agua, la calidad del agua también enfrenta serios desafíos. Más de 5 mil millones de personas podrían estar expuestas al agua dulce contaminada hacia el cambio de siglo.
La aparición de este novedoso biosensor microbiano de pila de combustible representa un arma importante en la lucha contra la contaminación del agua dulce. Abordar la crisis mundial del agua requiere un enfoque multifacético e innovaciones tecnológicas como ésta desempeñan un papel fundamental.
El estudio ha sido publicado en el Biochemical Engineering Journal.
Fuente: ZME Science.
