Los hongos son una fuente de fascinación. Este reino de la vida, más relacionado con los animales que con las plantas, abarca una gran diversidad. Aquí se puede encontrar de todo: desde hongos comestibles hasta mohos, desde vida unicelular hasta los organismos más grandes de la Tierra, desde patógenos que causan enfermedades hasta superhéroes que fabrican medicamentos. Ahora, los investigadores de Empa han desarrollado otra capacidad a partir de hongos: generar electricidad.
En el marco de un proyecto de investigación de tres años de duración, apoyado por la Gebert Rüf Stiftung en el marco de su programa de financiación microbiana, investigadores del laboratorio de celulosa y materiales de madera de Empa han desarrollado una batería de hongos funcional. Las células vivas no producen mucha electricidad, pero sí la suficiente para alimentar un sensor de temperatura durante unos días, por ejemplo. Este tipo de sensor se utiliza en investigaciones agrícolas o medioambientales. La mayor ventaja de la batería tipo hongo: a diferencia de las baterías convencionales, no sólo no es tóxica, sino que también es biodegradable.
Hongo de la impresora.
En sentido estricto, la pila no es una batería, sino una llamada pila de combustible microbiana. Como todos los seres vivos, los microorganismos convierten los nutrientes en energía. Las pilas de combustible microbianas utilizan este metabolismo y capturan parte de la energía en forma de electricidad. Hasta ahora, han sido impulsados principalmente por bacterias. “Por primera vez hemos combinado dos tipos de hongos para crear una pila de combustible funcional”, afirma la investigadora del Empa Carolina Reyes. El metabolismo de las dos especies de hongos se complementa: al lado del ánodo hay una levadura cuyo metabolismo libera electrones. El cátodo está colonizado por un hongo de podredumbre blanca, que produce una enzima especial que captura electrones y permite que sean liberados fuera de la célula.
Los hongos no se “implantan” en la batería, sino que forman parte integral de la célula desde el principio. Los componentes de la batería en forma de hongo se fabrican mediante impresión 3D. Esto permite a los investigadores estructurar los electrodos de tal manera que los microorganismos puedan acceder a los nutrientes lo más fácilmente posible. Para ello, las células del hongo se mezclan con la tinta de impresión. “Encontrar un material en el que los hongos crezcan bien es todo un desafío”, afirma Gustav Nyström, director del Laboratorio de Materiales de Celulosa y Madera. “Pero también tiene que ser fácil sacar la tinta sin matar las células y, por supuesto, queremos que sea eléctricamente conductora y biodegradable”.
La microbiología se une a la ingeniería eléctrica
Gracias a la amplia experiencia de su laboratorio en la impresión 3D de materiales blandos de origen biológico, los investigadores pudieron desarrollar una tinta adecuada a base de celulosa. Las células de hongos pueden incluso utilizar la celulosa como nutriente y así ayudar a descomponer las baterías después de su uso. Sin embargo, su fuente de nutrientes preferida son los carbohidratos simples, que se agregan a las celdas de las baterías. “Se pueden almacenar baterías de hongos secas y activarlas in situ simplemente añadiendo agua y nutrientes”, afirma Reyes.
Aunque los hongos robustos sobreviven a estas fases secas, trabajar con materiales vivos plantea varios desafíos para los investigadores. El proyecto interdisciplinario combina microbiología, ciencia de materiales e ingeniería eléctrica. Para caracterizar las baterías fúngicas, Reyes, un microbiólogo capacitado, tuvo que aprender no solo técnicas de electroquímica, sino también adaptarlas a la tinta de impresión 3D.
Los investigadores ahora planean hacer que las baterías fúngicas sean más fuertes y duren más, y encontrar otros tipos de hongos que sean adecuados para el suministro de energía. “Los hongos aún no se han investigado ni se utilizan lo suficiente, especialmente en las ciencias de los materiales”, coinciden Reyes y Nystrom.