Puede que los hongos no parezcan una fuente de energía obvia, pero investigadores han demostrado que pueden ofrecer una forma sostenible y renovable de generar electricidad. Mediante una combinación de microbiología, ciencia de materiales e ingeniería eléctrica, un nuevo tipo de batería, basada completamente en hongos vivos y materiales biodegradables, ha cobrado vida en el laboratorio.

Los residuos electrónicos están creciendo rápidamente. Para 2030, los expertos estiman que el mundo generará cerca de 75 millones de toneladas métricas. La mayor parte de estos residuos electrónicos incluye piezas que no se pueden reciclar ni desmontar de forma segura. Esto hace que la necesidad de productos electrónicos más ecológicos y seguros sea más urgente que nunca.

Para abordar este problema, los científicos han comenzado a recurrir a la naturaleza. Un avance importante es el desarrollo de las celdas de combustible microbianas (CMF), también conocidas como biobaterías. Estos dispositivos utilizan la actividad metabólica de los microorganismos para producir energía.

Hasta ahora, la mayoría de los MFC dependían de bacterias. Pero investigadores del Laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa, en Suiza, han descubierto una manera de que funcionen con hongos, organismos que suelen utilizarse en la fermentación o la descomposición de la madera.

“Por primera vez, hemos combinado dos tipos de hongos para crear una pila de combustible funcional”, dijo Carolina Reyes, una de las investigadoras principales de Empa.

Esta nueva biobatería no solo se basa en hongos, sino que está hecha con ellos. Mediante impresión 3D avanzada, los científicos incorporaron células fúngicas vivas en tinta a base de celulosa para construir los componentes de la batería. Estos hongos no se añaden posteriormente, sino que se imprimen directamente en la estructura. Este método garantiza que los hongos tengan acceso a los nutrientes y puedan crecer en los lugares adecuados.

La tinta impresa en 3D incluye nanocristales y nanofibrillas de celulosa, negro de carbono y escamas de grafito. Juntos, estos materiales crean una estructura resistente y biodegradable que, además, conduce la electricidad.

Las dos especies de hongos —Saccharomyces cerevisiae (un tipo de levadura) y Trametes pubescens (un hongo de la podredumbre blanca)— cumplen cada una una función específica. La levadura se ubica en el ánodo, donde descompone azúcares y libera electrones. El hongo de la podredumbre blanca se ubica en el cátodo y produce enzimas que ayudan a capturar y transferir esos electrones.

El diseño final incluye no solo electrodos impresos en 3D, sino también una capa exterior biodegradable hecha de cera de abeja y una membrana especial de intercambio de protones (PEM) a base de celulosa. «No solo es atóxica, sino también totalmente biodegradable», afirmó Gustav Nyström, director del laboratorio Empa.

Las celdas de combustible microbianas generan electricidad imitando la función de todos los organismos vivos: descomponer los alimentos para liberar energía. Dentro del ánodo, el hongo de la levadura consume azúcar y libera electrones. Estos electrones se desplazan por un cable hasta el cátodo, donde se encuentran con el oxígeno y generan una corriente eléctrica. Una membrana de intercambio de protones entre ambos lados permite el paso de los iones de hidrógeno, manteniendo el oxígeno fuera de la cámara del ánodo. Este proceso genera un flujo eléctrico pequeño pero constante.

En este estudio, una sola batería fúngica pudo producir una densidad de potencia máxima de 12,5 microvatios por centímetro cuadrado y una densidad de corriente pico de 49,2 microamperios por centímetro cuadrado con una carga de 22 kiloohmios. Por sí sola, una batería puede generar entre 300 y 600 milivoltios durante varios días, suministrando de 3 a 20 microamperios de corriente, dependiendo de la carga. Cuando cuatro de estas baterías se conectan en paralelo, pueden alimentar un pequeño sensor ambiental durante 65 horas seguidas.

“Se pueden almacenar las baterías fúngicas secas y activarlas in situ simplemente añadiendo agua y nutrientes”, explicó Reyes. Esta característica es especialmente útil para aplicaciones como la teledetección y el monitoreo agrícola, donde el acceso a la electricidad puede ser limitado.

En general, las MFC se han explorado para diversos usos, desde el tratamiento de aguas residuales hasta el suministro de energía a pequeños dispositivos. Incluso se han empleado para impulsar microprocesadores y limpiar tintes tóxicos. Sin embargo, el uso de materiales biodegradables y renovables en estos sistemas ha sido a menudo limitado.

Eso es lo que distingue al equipo de Empa. Su diseño se basa íntegramente en piezas no tóxicas y degradables: sin metales pesados ??ni plásticos sintéticos. Esto los hace más seguros tanto para los humanos como para el planeta.

Su tinta a base de celulosa, por ejemplo, no es solo un material de construcción pasivo. Puede ser metabolizada por hongos una vez finalizada la vida útil de la batería, lo que facilita la descomposición natural del dispositivo. Este enfoque en la sostenibilidad se extiende a cada parte del diseño, desde la carcasa de cera de abeja hasta la membrana de origen vegetal.

La bioimpresión 3D también ofrece otras ventajas. Permite a los investigadores controlar la forma, el tamaño y la estructura interna de los componentes de la batería, lo que puede mejorar el crecimiento y la eficiencia de las células. «Ya es bastante difícil encontrar un material en el que los hongos crezcan bien», afirmó Nyström. «Pero la tinta también debe ser fácil de extruir sin dañar las células, y, por supuesto, queremos que sea conductora de electricidad y biodegradable».