Generación bioelectroquímica de electricidad con Sagittaria latifolia en pilas de combustible microbianas: comparación de sustratos orgánicos

Contenido principal del artículo

Sugey López Martínez, Ph.D.
Yahayra Frías Padilla, Sra.
Mónica Jiménez Rojas, Ph.D.

Resumen

La crisis energética mundial impulsa el desarrollo de tecnologías sostenibles para la generación de energía renovable. Este estudio evaluó el desempeño bioelectroquímico de Sagittaria latifolia cultivada en diferentes sustratos (suelo de Macuspana, compost de fruta y vermicomposta) en pilas de combustible microbianas (CCM). Se analizaron parámetros fisicoquímicos del suelo (pH, conductividad eléctrica, densidades, textura y materia orgánica), crecimiento vegetal (29 semanas) y producción eléctrica durante 60 días. Las mediciones incluyeron voltaje, corriente, resistencia, potencia y densidad de potencia normalizada por el área efectiva del ánodo (56.1 cm²). El diseño incluyó controles complementarios: sistemas sin planta (control biótico) y sistemas sin sustrato orgánico (control abiótico) para distinguir la contribución directa de los exudados radicales en la generación eléctrica. La vermicomposta mostró el mayor desempeño: voltaje máximo de 0.75 V y densidad de potencia promedio de 0.81 W/m², significativamente superior (p < 0.05) a los otros sustratos. Asimismo, se promovió mayor crecimiento vegetal (26.4 ± 1.3 cm). Estos resultados confirman el potencial de la interacción rizosférica–microbiana como sistema bioelectroquímico viable para producción energética descentralizada.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Detalles del artículo

Cómo citar
López Martínez, S., Frías Padilla, Y. G., & Jiménez Rojas, M. I. (2026). Generación bioelectroquímica de electricidad con Sagittaria latifolia en pilas de combustible microbianas: comparación de sustratos orgánicos. REVISTA CIENTÍFICA ECOCIENCIA, 13(1), 162–188. https://doi.org/10.21855/ecociencia.131.1113
Sección
Ingeniería
Biografía del autor/a

Sugey López Martínez, Ph.D., Instituto Tecnológico de Mérida

Doctora en biología experimental. Docente e investigadora del Instituto Tecnológico de Mérida.

Yahayra Frías Padilla, Sra., Universidad Juárez Autónoma de Tabasco

Estudiante de licenciatura en la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.

Mónica Jiménez Rojas, Ph.D., Instituto Tecnológico de Mérida

Doctora en ciencias en agricultura tropical sustentable. Docente e investigadora del Instituto Tecnológico de Mérida.

Citas

Aelterman, P., Rabaey, K., Clauwaert, P., & Verstraete, W. (2019). Microbial fuel cells for wastewater treatment. Water Research, 41(9), 1845–1855.

Aelterman, P., Rabaey, K., Pham, H. T., Boon, N., & Verstraete, W. (2006). Continuous electricity generation at high voltages and currents using stacked microbial fuel cells. Environmental Science & Technology, 40(10), 3388–3394.

Alfieri, F., Zhang, Y., & He, Z. (2025). Light-dark cycles regulate daytime bioelectricity generation in Phragmites australis-based microbial fuel cells. Bioelectrochemistry, 208, 109125. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2024.109125

Centro Tecnológico Agrario y Agroalimentario (ITAGRA.CT). (2012). Biomasa, biocombustible y sostenibilidad. ITAGRA.CT.

Diario Oficial de la Federación. (2022). Ley de Transición Energética. Gobierno de México.

FAO. (2020). The role of biomass in sustainable energy production. Food and Agriculture Organization of the United Nations.

Gajda, I., Pasternak, G., & Greenman, J. (2023). Plant microbial fuel cells: Challenges and opportunities for scaling up to real-world applications. Bioresource Technology, 387, 129652. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129652

Góngora, A., Ochoa, J., Sosa, M., & Vázquez, E. (2017). Energía: celdas de combustible microbianas. Ingeniería, Revista Académica de la FI-UADY, 21(1), 54–62.

Góngora Molina, C., et al. (2017). Evaluación de voltaje en plantas como generadores bioelectroquímicos. Revista de Energía y Medio Ambiente, 35(2), 89–96.

González, S. (2014). Versión casera de una celda de combustible microbiana (CCM).

González, S. M. (2009). Diseño y construcción de celdas de combustible microbianas caseras. Universidad Nacional.

IEA. (2022). World Energy Outlook 2022. International Energy Agency.

IEA Bioenergy. (2022). Biomass for energy: Sustainable and low-carbon pathway. International Energy Agency.

Intergovernmental Panel on Climate Change. (2021). Climate Change 2021: The physical science basis. Cambridge University Press.

International Renewable Energy Agency. (2023). Renewable Energy Statistics 2023. IRENA.

Ieropoulos, I., Greenman, J., & Melhuish, C. (2010). Improved energy output levels from small-scale microbial fuel cells. Bioelectrochemistry, 78(1), 44–50.

Li, J., Zhang, Y., & He, Z. (2024). Electrode materials in plant microbial fuel cells: Performance comparison and future prospects. Journal of Power Sources, 592, 233789. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233789

Logan, B. E., Hamelers, B., Rozendal, R., Schröder, U., Keller, J., Freguia, S., … Rabaey, K. (2006). Microbial fuel cells: Methodology and technology. Environmental Science & Technology, 40(17), 5181–5192.

Logan, B. E., Rossi, R., Ragab, A., & Saikaly, P. E. (2021). Electrogenic bacteria that power microbial fuel cells. Nature Reviews Microbiology, 19(1), 8–22.

Lovley, D. R. (2008). The microbe electric: Conversion of organic matter to electricity. Current Opinion in Biotechnology, 19(6), 564–571.

NOM-021-RECNAT-2000. (2000). Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos. Estudios, muestreo y análisis. Secretaría de Recursos Naturales.

Peña, R. (2018). Introducción a las energías alternativas. Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

Rabaey, K., & Verstraete, W. (2005). Microbial fuel cells: Novel biotechnology for energy generation. Trends in Biotechnology, 23(6), 291–298.

Ranzi, T., & Andrade, M. (2004). Estudo de viabilidade de transformação de esterqueiras e bioesterqueiras para dejetos de suínos em biodigestores rurais visando o aproveitamento do biofertilizante e do biogás. Proceedings of the 5th Encontro de Energia no Meio Rural.

REN21. (2021). Renewables 2021: Global status report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century.

REN21. (2022). Renewables 2022: Global status report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century.

Rubio, A. (2010). Densidad aparente en los suelos forestales del Parque Natural Los Alcornocales. Universidad de Sevilla.

Santoro, C., et al. (2023). Recent advances in bioelectrochemical systems for sustainable energy and environmental applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 185, 113628. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113628

Santoro, C., Arbizzani, C., Erable, B., & Ieropoulos, I. (2017). Microbial fuel cells: From fundamentals to applications. Journal of Power Sources, 356, 225–244.

Schievano, A., Colombo, A., Grattieri, M., Trasatti, S., Liberale, A., & Cristiani, P. (2016). Single-chamber microbial fuel cells as a biosensor for wastewaters. Bioresource Technology, 218, 552–560.

Secretaría de Energía. (2021). Prospectiva del sector eléctrico 2021–2035. Gobierno de México.

UNEP. (2021). Sustainable energy transition in developing countries. United Nations Environment Programme.

Vera-Romero, I., Estrada-Jaramillo, M., González-Vera, C., Tejeda-Jiménez, M., López-Andrade, X., & Ortiz-Soriano, A. (2017). Biogás como una fuente alternativa de energía primaria para el estado de Jalisco, México. Ingeniería Investigación y Tecnología, 18(3), 307–320.

Wang, H., Liu, X., & Schievano, A. (2024). Root exudate-driven electricity generation in wetland plant microbial fuel cells: Linking microbial community structure to energy production. Science of the Total Environment, 912, 169231. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169231

Zhang, F., Ge, Z., Grimaud, J., Hurst, J., & He, Z. (2013). Long-term performance of liter-scale microbial fuel cells treating primary effluent installed in a municipal wastewater treatment facility. Environmental Science & Technology, 47(9), 4941–4948

Zhang, X., Chen, L., & He, Z. (2023). Vermicompost as a sustainable substrate improves bioelectricity production in microbial fuel cells in constructed wetlands. Chemosphere, 338, 139585. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.139585

Zepeda, R., & Lot, A. (2005). Sagittaria latifolia y sus usos tradicionales. Instituto de Biología, UNAM.