La gestión de los residuos humanos suele plantearse como un desafío sanitario y ambiental. Cada día, millones de litros de orina se diluyen en sistemas de alcantarillado que requieren grandes infraestructuras para su tratamiento. Sin embargo, este desecho contiene una elevada concentración de compuestos orgánicos y sales que, bien aprovechados, podrían convertirse en un recurso valioso dentro de modelos de economía circular.
Un estudio publicado en la revista Results in Chemistry analiza con detalle qué ocurre cuando la orina humana se utiliza como parte del sustrato en celdas de combustible microbianas, dispositivos capaces de transformar materia orgánica en electricidad. El trabajo no se limita a demostrar que el sistema funciona, sino que examina los procesos electroquímicos y biológicos que tienen lugar dentro del reactor, observando cómo varían cuando cambia la proporción de orina en la mezcla. La clave no está solo en producir energía, sino en entender qué condiciones hacen que el proceso sea más eficiente.
Cómo una bacteria puede generar electricidad
Las celdas de combustible microbianas, conocidas como MFC por sus siglas en inglés, son sistemas bioelectroquímicos que aprovechan el metabolismo de ciertos microorganismos. El propio artículo lo define con claridad: “Una celda de combustible microbiana produce electricidad al descomponer compuestos orgánicos e inorgánicos utilizando microbios como bacterias que actúan como catalizadores”. En otras palabras, las bacterias degradan residuos y liberan electrones como parte natural de su actividad metabólica.
Algunas de estas bacterias, llamadas exoelectrógenas, poseen la capacidad de transferir esos electrones fuera de su célula hacia un electrodo. Ese flujo de electrones es el que genera corriente eléctrica. Para que el proceso sea estable, los microorganismos forman una biopelícula sobre la superficie del electrodo. El artículo explica que “Una biopelícula es un conjunto de bacterias que se adhieren a la capa más externa de los electrodos”. Esa estructura colectiva permite que la transferencia electrónica sea continua y eficiente.
Además, la biopelícula no es estática. A medida que crece y madura, cambia su composición y su comportamiento eléctrico. Por eso, comprender cómo evoluciona esta comunidad microbiana resulta esencial para mejorar el rendimiento del sistema. No se trata simplemente de añadir bacterias, sino de crear las condiciones adecuadas para que prosperen las especies más eficaces en la transferencia de electrones.
El papel de la orina como sustrato energético
La orina humana está compuesta en un 95 % por agua y en un 5 % por sales orgánicas e inorgánicas. Contiene urea, ácido úrico, creatinina y una variedad de iones como sodio, potasio o magnesio. Esta combinación la convierte en un residuo rico en nutrientes, potencialmente útil para alimentar microorganismos en sistemas bioelectroquímicos.
Sin embargo, utilizar orina pura puede plantear dificultades. El exceso de nitrógeno y la elevada conductividad pueden alterar el equilibrio del reactor. Por ello, los investigadores optaron por mezclarla con agua residual sintética en distintas proporciones. Según explican, “El comportamiento electroquímico y la dinámica de la comunidad microbiana que habita en las MFC que utilizan aguas residuales sintéticas mezcladas con orina humana real como anolito no han sido explorados en profundidad”. El estudio se propuso precisamente llenar ese vacío.
Se construyeron cuatro sistemas de doble cámara y se ensayaron mezclas con 20 %, 50 % y 75 % de orina. Durante dos semanas se monitorizó la producción de voltaje, la eliminación de materia orgánica y la evolución de la biopelícula mediante técnicas como la voltametría cíclica y la espectroscopía de impedancia electroquímica. Estas herramientas permiten observar cómo se comporta el sistema eléctrico interno del dispositivo y qué resistencias limitan su rendimiento.
Más concentración, mayor actividad electroquímica
Los resultados mostraron una tendencia clara al aumentar la proporción de orina en la mezcla. El análisis mediante voltametría reveló que “Los resultados de la voltametría cíclica demuestran que aumentar la concentración de orina mejora la actividad electroquímica del sistema MFC”. Esto significa que los picos de oxidación y reducción —indicadores de transferencia de electrones— se hicieron más intensos cuando la fracción de orina era mayor.
El estudio también observó que la formación de biopelícula se volvía más robusta con concentraciones elevadas. En palabras del artículo, “A medida que la biopelícula se forma gradualmente, el área bajo la curva del voltamograma se expande, lo que conduce al aumento de la capacitancia del ánodo”. Esta mayor capacitancia indica una mejor capacidad del electrodo para almacenar y transferir carga eléctrica.
La espectroscopía de impedancia electroquímica confirmó estos hallazgos. Los investigadores señalan que “El análisis EIS en MFC de doble cámara demuestra que elevar la concentración de orina humana del 20 % al 75 % reduce la resistencia de polarización (Rp) hasta en un 40 %, aumentando la densidad de potencia mediante menores pérdidas óhmicas y de transferencia de carga”. En términos simples, el sistema encuentra menos obstáculos internos para que los electrones circulen, lo que se traduce en un mejor rendimiento energético.
Una comunidad microbiana adaptada al entorno
El estudio no solo midió parámetros eléctricos. También analizó la composición de la comunidad microbiana mediante secuenciación del gen 16S rRNA. Los resultados mostraron el predominio del filo Proteobacteria, que representó más del 69 % de la población bacteriana en algunos ensayos.
Dentro de este grupo destacaron géneros como Sediminibacterium y Comamonas. El artículo concluye que “El análisis de la comunidad microbiana mediante secuenciación metagenómica 16S reveló el predominio de especies no clasificadas de Sediminibacterium y Comamonas en la cámara anódica de la MFC utilizando un sustrato híbrido compuesto por aguas residuales sintéticas y orina humana”. Estas bacterias parecen desempeñar un papel clave en la degradación de compuestos nitrogenados y en la transferencia de electrones.
El equilibrio entre especies también varió según la concentración de orina. A concentraciones más altas, determinadas bacterias asociadas a la eliminación de nitrógeno y a la generación de corriente se volvieron más dominantes. Esto sugiere que la proporción del sustrato no solo afecta al rendimiento eléctrico, sino también a la estructura ecológica interna del sistema.
Energía y tratamiento de aguas en un mismo proceso
Uno de los aspectos más interesantes del estudio es la relación entre producción de voltaje y reducción de la demanda química de oxígeno (DQO), un indicador de contaminación orgánica. El trabajo destaca que “La fuerte correlación entre la generación de voltaje y la reducción de la DQO resalta la doble funcionalidad del sistema en la recuperación de energía y el tratamiento de aguas residuales”. Es decir, cuanto más eficaz es la degradación de materia orgánica, mayor es la electricidad generada.
Este doble beneficio convierte a las celdas de combustible microbianas en una tecnología atractiva para contextos donde el acceso a infraestructura energética es limitado. El propio estudio sugiere que el sistema podría emplearse como biosensor de carga orgánica, permitiendo monitorizar la calidad del agua en tiempo real a partir de señales eléctricas.
En conjunto, los resultados validan el potencial de la orina como recurso energético dentro de sistemas bioelectroquímicos. El trabajo concluye que “Estos hallazgos validan la orina como un anolito sostenible y rico en nutrientes para sistemas de conversión de residuos en energía”. Más allá de la curiosidad científica, el estudio apunta hacia modelos en los que los residuos cotidianos dejan de ser un problema y se integran en circuitos productivos más eficientes.
Con información de: Muy Interesante