En la constante evolución de los distintos procesos y tecnologías de tratamiento de aguas residuales, uno de los intereses más grandes es la disminución de costos en su construcción y operación. Como parte de esto, se ha buscado darle un valor agregado de diversas maneras: reutilizando el agua residual tratada, mediante el aprovechamiento de los lodos biológicos como bio-abono, ya sea para ser utilizado en cultivos, ya en la remediación de suelos, ya en en la construcción; también creando humedales aprovechables con especies vegetales de interés o en la generación de electricidad a partir del biogás resultante de los procesos anaerobios, etcétera.
     Es, quizás, a partir de este último ejemplo, cuando primero se evidenció el gran potencial que tenía el proceso de tratamiento del agua residual para producir energía y procurar alcanzar diversos requerimientos: cubrir las necesidades de energía que en ese momento era consumida, la que la planta de tratamiento demandaba, además de llevar, con la energía producida, luz a las comunidades más alejadas. Esto último llegó a ser realidad cuando se dio tratamiento a grandes volúmenes y altas cargas de materia orgánica con las condiciones adecuadas para propiciar el proceso anaerobio; fue entonces cuando las celdas de combustible microbianas aparecieron como una alternativa viable con una gran posibilidad de complementar la acción de los sistemas de tratamiento que ya funcionan, en lugar de competir con ellos.
     En el Cideteq, S. C. no somos ajenos a la responsabilidad social que la situación planteada lleva consigo y queremos contribuir con nuestro conocimiento, mediante el desarrollo de proyectos y acciones que ayuden a mitigar las carencias de energía eléctrica en las comunidades alejadas y desfavorecidas, por lo que nos hemos enfocado al estudio y optimización de los procesos bioelectroquímicos, en un intento por transformar los desechos —como las aguas residuales— en una fuente directa de energía. Resulta útil, entonces, el aporte que se hace al conocimiento sobre celdas de combustible microbianas; desde los materiales (que hemos logrado hacer más económicos) o desde la operación (que permite generar energía eléctrica de manera paralela a la depuración del agua residual), para cada vez estar más cerca de la aplicación e integración de esta tecnología en los actuales sistemas de tratamiento, y hacer realidad el que una planta de tratamiento de aguas residuales no sólo sea autosustentable —en términos energéticos—, sino que genere un excedente de energía que pueda ser exportado a la red eléctrica, con el fin de dotar de luz eléctrica a comunidades en las que ésta escasea.

Por lo anterior, el presente proyecto tuvo como objetivo el desarrollar una Celda de Combustible Microbiana para la depuración de aguas residuales y generación de energía eléctrica, empleando agua residual de alta carga orgánica como combustible. El objetivo final de la producción de energía eléctrica es el suministro de luz y energía a comunidades alejadas.
     Con base en estas necesidades, en el Cideteq, S. C. diseñamos y construimos una celda de combustible microbiana que cumple con las siguientes características: fue elaborada con materiales de bajo costo, su construcción es sencilla y su operación es eficiente. Continúa siendo un reto para futuras investigaciones experimentar con modelos y prototipos de mínima complicación y sin dificultades para escalar y construir, facilitando así la incorporación de estos sistemas bioelectroquímicos a los procesos tradicionales utilizados en el tratamiento de aguas residuales.
     Durante los experimentos se empleó biomasa anaerobia proveniente de una planta doméstica usada en el tratamiento de aguas residuales, la cual fue posteriormente adaptada para que pudiera sobrevivir en las nuevas condiciones de trabajo. 

Para un correcto desempeño de la celda de combustible microbiana construida, primeramente, ésta debe operarse a la resistencia externa óptima, la cual debe ser igual en la resistencia eléctrica interna de la celda. De hecho, la potencia máxima ocurre cuando dichas resistencias son iguales y operan con el voltaje a circuito abierto, que es el máximo voltaje posible. El objetivo de esto es minimizar la resistencia en la celda.²
     La máxima eficiencia obtenida en la celda de combustible microbiana construida fue de 12.3%, presentando una máxima densidad de corriente de 14.06 mA/m², mientras la de potencia fue de 1.72 mW/m². Estos valores son muy prometedores, ya que son similares a los obtenidos en estudios previos, pero con celdas construidas con materiales muy caros, que contienen sistemas sofisticados de alimentación y de conducción de los electrones generados por los microorganismos. El siguiente paso es, entonces, diseñar y construir a una mayor escala la celda con que actualmente trabajamos, con el fin de producir la electricidad necesaria para iluminar una casa, utilizando las aguas residuales sanitarias como única fuente de combustible.

El desarrollo de las celdas de combustible microbianas seguirá siendo una parte muy activa en los centros de investigación, ya que resulta ser bastante prometedora; sin embargo, aún resta resolver varios retos importantes: primeramente, no hay una cinética clara sobre las celdas, debido al comportamiento poco predecible de los consorcios microbianos; las celdas de combustible microbianas no pueden fácilmente ser sujetas a un escalamiento, debido justamente a los microorganismos. Se requiere un estudio interdisciplinario, ya que el escalamiento de la celda de combustible microbiana involucra conocimientos en ciencias ambientales, electricidad, bioquímica, cinética y diseño de reactores.
     En la última etapa de la presente investigación, se intentó mejorar el modelo de celda, al incrementar la relación entre el área expuesta de electrodo y el volumen de agua que se desea tratar, siguiendo una de las últimas propuestas del equipo de trabajo de Hong Liu, en 2012,³ esto con el fin de obtener mayores densidades de potencia, además de poder trabajar a flujo continuo.