Pensándolo bien...
En el contexto actual de crisis energética y transición hacia fuentes renovables, la necesidad de sistemas de almacenamiento eficientes, seguros y sostenibles se ha convertido en uno de los principales desafíos científicos y tecnológicos del siglo XXI. La electricidad generada por energías renovables, como la solar y la eólica, depende de factores intermitentes y variables, lo que hace imprescindible contar con mecanismos que permitan almacenar la energía sobrante para su posterior utilización. En este marco, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL), en Estados Unidos, ha desarrollado un prototipo de batería de flujo que revoluciona los conceptos tradicionales al funcionar con glucosa (azúcar) y riboflavina (vitamina B2). Este avance, liderado por el investigador Jong-Hwa Shon, abre nuevas perspectivas para un almacenamiento energético basado en materiales de origen natural, no tóxicos y de bajo coste.
Las baterías de flujo constituyen una categoría de dispositivos electroquímicos diseñados para almacenar energía en electrolitos líquidos que circulan a través de celdas electroquímicas. En lugar de almacenar la energía directamente en los electrodos, como ocurre en las baterías de iones de litio, el almacenamiento se realiza en disoluciones líquidas externas, un anolito y un catolito, que se bombean de forma continua. Este diseño ofrece ventajas notables, como son la escalabilidad, facilidad de recarga mediante sustitución de electrolitos y, sobre todo, una gran seguridad operativa, ya que reduce el riesgo de incendios o explosiones.
El principio de funcionamiento se basa en reacciones de reducción y oxidación (redox) entre los electrolitos que fluyen por los compartimentos separados por una membrana selectiva. Cuando se establece un circuito externo, los electrones fluyen desde el ánodo hacia el cátodo, generando una corriente eléctrica utilizable.
Las baterías de flujo más conocidas, como las de vanadio, hierro-cromo o zinc-bromo, han demostrado su utilidad para aplicaciones estacionarias, aunque presentan limitaciones de coste, disponibilidad de materiales y toxicidad. Por ello, la investigación actual busca alternativas bioinspiradas que reproduzcan, de forma sintética, los mecanismos energéticos de los sistemas vivos.
El diseño del nuevo prototipo se inspira en los procesos metabólicos naturales. En los organismos vivos, la glucosa actúa como fuente universal de energía. A través de la glucólisis y la fosforilación oxidativa, las células extraen electrones de las moléculas de azúcar para generar ATP (adenosín trifosfato), la “moneda energética” biológica. En este contexto, las flavinas, como la riboflavina (vitamina B2) y sus derivados (FMN, FAD), desempeñan un papel esencial como cofactores redox, transfiriendo electrones en múltiples rutas metabólicas.
El equipo de Shon trasladó este principio biológico a un entorno electroquímico artificial. En su batería, la glucosa actúa como donador de electrones, mientras que la riboflavina se comporta como un catalizador natural que facilita las reacciones redox en el ánodo. Así, el sistema reproduce de manera análoga el metabolismo celular, pero transformando la energía química de la glucosa directamente en electricidad.
Este enfoque bioelectroquímico representa una convergencia entre la biología molecular y la ingeniería de materiales, dando lugar a un concepto híbrido, cual es una batería de flujo bioinspirada, donde los principios de la vida se aplican a la tecnología energética.
El prototipo desarrollado se compone de electrodos de carbono, materiales conocidos por su alta conductividad, bajo coste y estabilidad química. En el compartimento anódico fluye el anolito, una solución que contiene glucosa y riboflavina en su forma activa, sustituyendo a los metales nobles tradicionalmente empleados como catalizadores, como el platino o el iridio. Esta sustitución representa una innovación crucial, cual es que los catalizadores metálicos son caros, escasos y a menudo tóxicos, mientras que la riboflavina es natural, biodegradable y abundante.
Para el catolito, los investigadores realizaron dos pruebas. En la primera, utilizaron una solución alcalina de ferricianuro potásico, que permitió medir de manera precisa la actividad catalítica del sistema. En la segunda, sustituyeron este compuesto por oxígeno gaseoso (O₂), simulando un escenario más próximo a las aplicaciones reales, ya que el oxígeno es una fuente barata, disponible y sostenible.
El diseño experimental mostró que la celda con ferricianuro actuaba con mayor eficiencia catalítica, mientras que la versión con oxígeno ofrecía mayor viabilidad práctica a gran escala, pese a ciertas limitaciones cinéticas.
La celda de combustible de glucosa-O₂ logró una densidad de potencia máxima de 13 milivatios por centímetro cuadrado (mW/cm²), una cifra 20 veces superior a la registrada anteriormente en baterías de flujo basadas en glucosa bajo condiciones similares. Este dato demuestra el enorme potencial de la combinación glucosa–riboflavina como sistema redox bioinspirado.
No obstante, los investigadores observaron que la versión con oxígeno presentaba reacciones más lentas en los electrodos, atribuibles a la fotodegradación de la riboflavina en presencia de luz y oxígeno. La riboflavina es fotosensible, ya que su estructura isoaloxazina puede sufrir rupturas al ser excitada por radiación, lo que reduce su capacidad catalítica. Para superar este obstáculo, el equipo planea incorporar recubrimientos protectores o aditivos antioxidantes que eviten la descomposición de la riboflavina, además de optimizar la arquitectura del electrodo y el flujo de los electrolitos. Con tales mejoras, se espera aumentar tanto la densidad energética como la durabilidad del sistema.
El nuevo prototipo se enmarca dentro del paradigma de la energía verde, no solo por su capacidad de almacenar electricidad proveniente de fuentes renovables, sino también por su composición sostenible. Entre sus ventajas destacan: Sostenibilidad de los materiales, ya que la glucosa puede obtenerse fácilmente a partir de biomasa vegetal, residuos agrícolas o procesos fermentativos. La riboflavina se produce de forma biotecnológica mediante cultivos bacterianos o fúngicos, sin requerir minería ni procesos contaminantes. Seguridad y baja toxicidad, porque a diferencia de las baterías de litio o de vanadio, este sistema utiliza componentes no inflamables ni peligrosos. La posibilidad de uso doméstico y residencial se incrementa, dado que los materiales son inocuos incluso en caso de fuga o manipulación accidental. Eficiencia económica,dado que los materiales de partida son baratos y abundantes. La producción y el mantenimiento del sistema podrían realizarse con infraestructuras simples, reduciendo los costes iniciales y de operación. Compatibilidad ambiental, porque el empleo de fuentes naturales elimina la dependencia de recursos estratégicos como el cobalto o el níquel. La degradación de los componentes genera residuos orgánicos fácilmente reciclables o compostables. En suma, la bioelectroquímica del azúcar y las vitaminas plantea un modelo energético circular, donde los materiales activos proceden de la naturaleza y pueden reincorporarse a ella sin generar daño ambiental.
Aunque prometedora, esta tecnología aún se encuentra en una fase experimental inicial. Para que las baterías de flujo con glucosa y riboflavina puedan competir con los sistemas convencionales, deben superarse varios desafíos, como la estabilidad del catalizador, ya que la riboflavina es fotosensible y susceptible a la oxidación, por lo que requiere estrategias de protección frente a la luz y al oxígeno. Mejorar la velocidad de reacción, porque las cinéticas redox de los compuestos orgánicos son más lentas que las de los metales de transición, lo que puede limitar la densidad de potencia. Lograr mayor durabilidad a largo plazo, porque se necesitan estudios sobre el envejecimiento de los electrodos y la estabilidad del electrolito para asegurar ciclos de carga y descarga repetidos sin pérdida de rendimiento. Finalmente la escalabilidad, porque aunque el principio es funcional en laboratorio, su aplicación industrial requiere optimización de la ingeniería del flujo, la membrana y los sistemas de bombeo.
A pesar de estos obstáculos, los avances en catalizadores orgánicos, electrodos de carbono poroso y modelos bioelectrónicos sugieren que el desarrollo de baterías biocompatibles podría acelerarse en la próxima década.
Desde un punto de vista histórico, la idea de obtener energía a partir de sustancias biológicas no es nueva. En los años 1960 ya se experimentaba con bioceldas de glucosa, pensadas inicialmente para dispositivos médicos implantables. Sin embargo, la falta de materiales adecuados y la baja eficiencia limitaron su desarrollo.
La diferencia del modelo actual radica en la transposición del concepto biológico a una batería de flujo modular y recargable, que no busca alimentar pequeños dispositivos, sino integrarse en redes eléctricas domésticas o comunitarias.
La elección de la riboflavina no es arbitraria: esta vitamina, esencial en la fisiología humana, posee propiedades electrónicas únicas. Su estructura permite transferencias reversibles de electrones y protones, lo que la convierte en un excelente mediador redox natural. Al reproducir su papel biológico en un entorno sintético, los investigadores han logrado que una molécula propia de la vida funcione como componente activo de una batería. En este sentido, la innovación no solo es tecnológica, sino también epistemológica: difumina las fronteras entre lo biológico y lo técnico, entre el metabolismo y la energía eléctrica.
El desarrollo de baterías orgánicas y biocompatibles como esta podría tener implicaciones revolucionarias. Podrían emplearse en almacenamiento residencial, en microredes rurales, o incluso en sistemas de emergencia autónomos que funcionen con materiales fácilmente obtenibles. Imaginemos un futuro en el que una comunidad pueda generar y almacenar energía a partir de residuos agrícolas o azúcares derivados de plantas locales, mediante dispositivos seguros y reciclables. Esta visión se alinea con el concepto de bioeconomía circular, que busca integrar procesos biológicos en la producción energética sin comprometer el equilibrio ecológico. Además, la investigación abre la puerta a otros catalizadores naturales, como las coenzimas derivadas de nicotinamida (vitamina B3) o los flavonoides vegetales, que podrían expandir el rango de reacciones redox disponibles para este tipo de sistemas.
El prototipo de batería de flujo basada en glucosa y riboflavina desarrollado en el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste representa un hito conceptual y tecnológico en el campo del almacenamiento energético. Inspirado en la bioquímica de la vida, este sistema convierte el azúcar, que es la fuente energética más universal de la naturaleza, en electricidad mediante una vitamina, reemplazando metales caros por moléculas abundantes y seguras. Su relevancia trasciende el laboratorio: simboliza una nueva era de tecnologías bioinspiradas, donde los procesos vitales se reinterpretan para resolver problemas humanos. En lugar de explotar recursos finitos, la ciencia aprende de la naturaleza, utiliza sus principios y los convierte en soluciones sostenibles. Si los próximos desarrollos logran estabilizar el sistema y aumentar su densidad energética, podríamos estar ante una de las alternativas más limpias y accesibles para el almacenamiento de energía del futuro, capaz de unir en una sola célula los lenguajes del metabolismo, la electricidad y la sostenibilidad.
Sopa de letras: BIOELECTROQUÍMICA DEL AZÚCAR Y LAS VITAMINAS
Soluciones: ONDAS GRAVITACIONALES