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BIOELECTRICIDAD: RESULTADOS
PRELIMINARES DE UN PROYECTO PILOTO EN EL
TERRITORIO INDIGENA ACHUAR DEL ECUADOR
Stefano Mocali¹, Renato Fani², Pietro Graziani ³
¹ CRA-ABP Florencia Italia, stefano.mocali@entecra.it
² Universidad de Florencia- Italia, renato.fani@uni.it
³ ONG ACRA, pietrograziani@acra.it
Fecha de recepción: 18 de julio de 2013 - Fecha de aprobación: 4 de octubre de 2013
El territorio Achuar se encuentra entre las Provincias de Morona Santiago y Pastaza, en la región sur este del Ecuador. En
esta área no existe electricidad y para la iluminación se hace un grande consumo de pilas, que representan un tipo de desecho
extremadamente contaminante para el medio ambiente. En el marco del proyecto sobre “Gestión de desechos sólidos y re-
ducción de la contaminación en el territorio Achuar” nanciado por la Unión Europea, se está desarrollando en colaboración
con la Universidad de Florencia (Italia) al Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura (CRA), un proyecto
piloto sobre la bioelectricidad a través la instalación de “pilas o baterías bactéricas” (Microbial Fuel Cell). Es la primera vez
en el Latino América y en la Amazonia que se implementan sistemas de bioelectricidad, que representa una valida alternativa
para la producción de la electricidad en zonas rurales aisladas. Entre marzo y abril del 2012 se instalaron 2 sistemas, de 3
“pilas” cada uno, con diferentes materiales utilizados como electrodos. El objetivo de esta primera fase de experimentación es
de medir la eciencia de los diferentes electrodos y la máxima energía producida por las comunidades bactéricas presentes en
el suelo utilizado. Los sistemas más ecientes resultaron el que tenía la bra de carbono como ánodo y cátodo y el que tenía
bra de carbono como cátodo y aluminio como ánodo.
Palabras llaves: Bioelectricidad, Achuar, Amazonia, Baterías bactéricas
Keywords: Bioelectricity, Achuar, Amazon region, Microbial Fuel Cell
The Achuar territory is located between the provinces of Morona Santiago and Pastaza, in the south east region of Ecuador.
In this area there is no electricity and a large battery consumption for lighting, which represents a type of highly polluting
waste to the environment. Under the project “Solid waste management and pollution reduction in the Achuar territory,”
funded by the European Union, in collaboration with the University of Florence (Italy) at the Consiglio per la Ricerca e
la sperimentazione in Agricoltura (CRA), a pilot project on bio-electricity through the installation of “bacterical batteries”
(Microbial Fuel Cell) is being developed. It is the rst time in Latin America and in the Amazon that bioelectricity systems
are implemented, which represents a valid alternative for the production of electricity in remote rural areas. Between March
and April 2012 2 sets of 3 batteries, each with different materials used as electrodes, were installed. The objective of this rst
phase of testing is to measure the efciency of the different electrodes and maximum power produced by the “bactéricas”
communities in soil used. The most efcient systems were those with carbon ber as the anode and cathode, and carbon ber
as cathode and aluminum as anode.
Imagen ilustrativa: Bacterias. Fuente: www.hdwallpapers.com
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1. INTRODUCCION
En el territorio Achuar, entre las Provincias de Morona Santiago y Pas-
taza en Ecuador, no existe electricidad y para la iluminación se hace un
grande consumo de pilas, que representan un tipo de desecho extre-
madamente contaminante para el medio ambiente. Por esta razón en el
marco del proyecto sobre “Gestión de desechos sólidos y reducción de
la contaminación en el territorio Achuar” nanciado por la Unión Euro-
pea, se está desarrollando en colaboración con la Universidad de Floren-
cia (Italia) al Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura
(CRA), un proyecto piloto sobre la bioelectricidad a través la instalación
de “pilas o baterías bactéricas” (Microbial Fuel Cell). Es la primera vez
en el Latino América y en la Amazonia que se implementan sistemas de
bioelectricidad, que representa una valida alternativa para la producción
de la electricidad en zonas rurales aisladas. La experimentación será de-
sarrollada en dos fases: 1) en la primera (marzo2012-octubre2012) se
realizará la instalación de sistemas MFC dife-
rentes para medir la eciencia de los diferentes
electrodos y la máxima energía producida por las
comunidades bactéricas presentes en el suelo uti-
lizado; 2) en la segunda fase (octubre 2012-Enero
2013) el mejor sistema será aplicado en unas co-
munidades Achuar.
2. OBJETIVOS
El objetivo nal es doble: 1) comparar diferentes
sistemas MFC y 2) aplicar el mejor en las comuni-
dades Achuar que los necesiten para que puedan
encender un foco echo por LEDs. La compara-
ción es necesaria pues cada suelo en el mundo es
diferente del otro, con diferentes organismos y
composición. Así que hay que averiguar el suelo,
los materiales (electrodos) y los desechos orgáni-
cos que sean más ecientes para la producción de
energía eléctrica. El objetivo de esta primera fase
de cada experimentación es de comparar la e-
ciencia de varios tipos de sistemas MFC midien-
do la tensión que se desarrolla durante 2 meses de
actividad. Este tiempo es necesario a la comuni-
dad microbiana para seleccionar las bacterias que
pueden vivir y crecer en un ambiente anaeróbi-
co como el del ánodo, “comiéndose” el material
orgánico disponible. Entre ellos los organismos
electrógenos se desarrollarán y aumentarán la
producción eléctrica hasta que sea detectable con
un multímetro. El material del electrodo es muy
importante, sobre todo el del ánodo que está en el
fondo del balde, en condiciones anaeróbicas. En
esas condiciones las bacterias electrógenas crecen
y se desarrollan sobre la supercie del electrodo,
así que el material que lo compone debe de ser un
buen conductor de corriente pero también debe
permitir que los microorganismos crezcan.
3. MATERIALES Y METODOS
Para la construcción de los sistemas MFCs se ne-
cesitan materiales muy baratos y que se puedan
encontrar en cualquier lugar. Para construir un
sistema MFC se necesita un balde de plástico, un
cable eléctrico, un LED blanco y dos electrodos:
1) se le pone un electrodo en el fondo del balde
(ánodo) y se conecta con el LED con un cable;
2) se pone 1kg de suelo mezclado con 100g de
carbón (opcional); 3) se echan 1,5 kg de desechos
orgánicos solidos mezclados con 1,5 kg de suelo;
4) se le pone otro electrodo encima y se conecta
al LED con otro cable; 5) se llena de agua hasta
el electrodo superior pero dejando que siga en
contacto con el aire y el oxígeno. El material or-
gánico de la matriz (suelo + desechos) constituirá
los nutrientes de las bacterias electrógenas que lo
transforman en energía, electrones y protones.
Los electrones darán la electricidad a través del
circuito mientras los protones reaccionaran con
el oxígeno a dar moléculas de agua (Fig.1).
Tal vez no todo el mundo sabe que las bacterias son los organismos
más comunes en nuestro planeta y pueden crecer en cualquier tipo de
origen natural o antropogénico, incluso en condiciones extremas. Pero
mucho menos conocido es la capacidad de producir electricidad. De
hecho, recientemente han sido descubiertas las bacterias “electrógenas”
que son capaces de producir energía eléctrica a través de la transferencia
directa de electrones desde una matriz orgánica a cualquier receptor de
electrones en un ambiente anaerobio, preferiblemente. La capacidad de
estas bacterias en particular han permitido recientemente el desarrollo
de “pilas” biológicas llamadas Microbial Fuel Cells (MFC) (Logan et
al., 2008). Los primeros organismos identicados con estas capacida-
des pertenecían al género Geobacter, bacterias capaces de crecer en un
ambiente estrictamente anaerobio (océano, los sedimentos del lago etc.)
(Bond et al., 2002). Pero tras el descubrimiento de que las propiedades
electrógenas no son exclusivas de unas pocas especies de bacterias, pero
son mucho más compartidas de lo que se pensaba (Rabeay et al., 2007)
y muchos de ellos viven en el suelo (Mocali et al., 2012). Para producir
energía eléctrica las bacterias electrógenas necesitan material orgánico
para oxidar, pero diferentes bacterias usan diferentes sustratos orgáni-
cos. Esto aumenta la dicultad de identicar los mejores organismos
para utilizar cualquier residuo orgánico como fuente de energía, pues en
cada suelo hay bacterias que se especializan en ciertos tipos de sustancias
orgánicas. Así que es difícil identicar los organismos más ecientes
por el uso de substratos especícos, pero se puede usar directamente
el suelo como matriz pues que contiene sea las bacterias que material
orgánico necesario para la producción de electricidad. Esta tecnología
es aún experimental y lejos de ser competitiva en el mercado como una
alternativa a los combustibles fósiles y otras fuentes de energía pero
puede ser muy útil en realidades particulares como zonas del mundo
que no tienen alguna forma de electricidad o energía. No es casual que
muchos países están invirtiendo importantes recursos en esta área y el
progreso en pocos años han permitido que los sistemas MFC desde una
mera curiosidad de laboratorio se han convertido en reales plantas piloto
a escala industrial: por ejemplo, en Australia, el Gobierno de Queens-
land Fondo de Innovación Sostenible de la Energía ha nanciado la
construcción de la primera planta piloto de MFC para el tratamiento
de aguas residuales (y www.uq.edu.au/news/index.html?article=11943
www.microbialfuelcell.org). Por otra parte Lebônê Solutions, Inc. (www.
lebone.org) en el 2008 ha recibido una nanciación de 200.000 dólares
del Banco Mundial para un proyecto en Tanzania con el n de llevar
la electricidad en las zonas residenciales donde no llega la red eléctrica
(más de 70% de la población en África, ¡es gratis!) y es posible iluminar
un pueblo entero con un sistema MFC echo con desechos de biomasa
vegetal como “combustible”.
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Figura 1. Esquema de un sistema MFC
En la primera fase de este proyecto se han instala-
do 3 sistemas MFC separados en cada lugar elegi-
do para la experimentación: Macas y Wasakentsa.
En cada experimentación se han usado diferentes
electrodos: 1) tejido de carbono (ánodo) y tejido
de carbono (cátodo); 2) aluminio (ánodo) y alu-
minio (cátodo); 3) tejido de carbono (ánodo) y
aluminio (cátodo). Por cada uno de los cuatro sis-
temas MFC se medirá la tensión producida cada
día (Fig.2).
5. DISCUSION
Normalmente un sistema MFC como los que se han usado para la ex-
perimentación necesita 4-8 semanas para llegar a su nivel máximo. Ese
tiempo es muy variable y depende de la calidad de suelo, de desechos
orgánicos que se usan, de las condiciones climáticas, etc., así que no es
todavía posible dar alguna respuesta u opinión absoluta sobre las prue-
bas de bioelectricidad. De otro lado es posible comentar los resultados
y compararlos entre ellos. Por ejemplo parece que la combinación de
electrodos de bra de carbono para ánodo y cátodo sea la más eciente
de las tres. Los niveles de tensión están sobre los 400 mV y siguen su-
biendo. Lo que nos esperamos es que lleguen lo más cerca posible de
1000 mV, pues para encender un LED de luz blanca se necesitan casi
3000 mV y una corriente de 10-30 mA; pero para alcanzar ese resultado
es necesario conectar en serie 3-4 sistemas MFCs que produzcan por lo
menos 750 mV de tensión.
4. RESULTADOS
Entre marzo y abril del 2012 se iniciaron 2 experimentaciones, de 3 “pi-
las” MFC cada uno, con diferentes materiales utilizados como electro-
dos. De momento son disponibles los resultados del primer mes (Figura
3), donde los sistemas más ecientes resultaron los de la prueba 1, que
tenía la bra de carbono como ánodo y cátodo con una tensión acerca
de 400 mV en Wasakentsa y 317 mV en Macas y que siguen subiendo.
La prueba 2, que tenía aluminio como ánodo y cátodo, ha dado valores
generalmente más bajos, acerca de 200 mV en Wasakentsa y casi la mi-
tad en Macas. En n la tensión en las MFCs de la prueba 3, que tenían
bra de carbono como ánodo y aluminio como cátodo, después de una
tensión inicial muy alta, acerca de 1V, han ido bajando hasta 200 mV en
Wasakentsa y 300 mV en Macas (Fig.3).
Figuras 2 y 3. Imágenes de la experi-
mentación sobre la bioelectricidad
Figura 3. Niveles de tensión durante el primer mes de experi-
mentación de bioelectricidad en Wasakentsa y Macas.
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Los problemas que limitan la tensión pueden ser varios pero el más
importante es la resistencia interna del sistema. Por ejemplo la composi-
ción de la matriz orgánica o la distancia entre los electrodos pueden limi-
tar el pasaje de protones que se forman por la actividad electrógena de
las bacterias. Además la potencia de las pilas MFC debe de ser suciente
para encender un foco hecho por 3-5 LEDs, suciente para iluminar
una casa Achuar (Figura 4). Por lo tanto la supercie de los electrodos
(sobre todo el ánodo) es una variable clave para regular la producción de
corriente pues más grande es el electrodo, mas bacterias pueden crecer
sobre de él y más corriente se produce. En los próximos meses se segui-
rá midiendo la tensión y además será optimizada la potencia del sistema.
6. CONCLUSION
La tecnología MFC y la bioelectricidad represen-
tan una grande oportunidad de energía alternati-
va, aunque hoy día la potencia de estos sistemas
sea suciente solo para encender pequeños focos
o aparatos. Las bacterias electrógenas se encuen-
tran en todos los suelos del mundo, solo hay que
optimizar su desarrollo y su actividad. En esta
primera experimentación se ha averiguado que
el tejido de carbono parece ser el mejor material
para los dos electrodos, por lo menos entre los
que se han confrontado.
Figura 4 – Estructuras de habitación en la comunidad Achuar
de Nanes.
Bond DR, Holmes DE, Tender LM, Lovley DR (2002) Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine
sediments. Science 295:483–485.
Logan, B. (2008). Microbial Fuel Cells. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2008.
Mocali S, Galef C, Perrin E, Florio A, Migliore M, Canganella F, Bianconi G, Di Mattia E, Dell’abate MT, Fani R, Benedetti
A (2012). Alteration of bacterial communities and organic matter in microbial fuel cells (MFCs) supplied with soil and organic
fertilizer. Appl Microbiol Biotechnol. 2012 Jan 31. (PMID:22290652).
Rabaey K, Rodrıguez J, Blackall LL, Keller J, Gross P,Batstone D, Verstraete W and Nealson KH (2007). Microbial ecology
meets electrochemistry: electricity-driven and driving communities The ISME Journal, 1: 9–18.