De desechos a energía: el potencial bioeléctrico de las vinazas mezcaleras

Eduardo Fuentes Quezada, Sergio Valle Cervantes, Diana Cristina Martínez Casillas

¿Has escuchado hablar del mezcal? Seguro que sí. El mezcal es una bebida alcohólica emblemática y de mucha tradición. Se obtiene del alcohol fermentado de las piñas cocidas del agave, como se ve en la Figura 1. Según el proceso utilizado para su producción, esta bebida puede clasificarse en mezcal, mezcal artesanal y mezcal ancestral. El mezcal ancestral es considerado el más tradicional ya que se elabora sin la intervención de máquinas eléctricas. Dado su sabor y tradición, en años recientes su demanda ha aumentado, especialmente a nivel internacional. ¡Cada vez más gente en el mundo está disfrutando de esta bebida mexicana!

En los últimos diez años, la producción de mezcal se disparó un 700% [1]. Estos elevados niveles de producción se traducen en una mayor generación de subproductos residuales. Durante el proceso se generan tres residuos (Figura 1): hojas de agave, bagazo y vinazas. Desafortunadamente, en algunos casos estos residuos no son tratados adecuadamente antes de su disposición al aire libre (Figura 2), representando un problema serio. En especial, las vinazas son muy contaminantes y de difícil tratamiento para su disposición, debido a su alta carga orgánica, acidez y grandes volúmenes obtenidos.

Para que te des una idea de cuánta vinaza se genera, considera que en 2024 la producción de mezcal en México fue de 11 millones 362 mil 426 litros [1] y por cada litro de mezcal se generan entre 10 a 15 litros de vinaza, ¿puedes estimar la cantidad que se genera al año de este residuo? Aproximadamente ¡60 albercas olímpicas! Por eso, encontrar soluciones para tratar y aprovechar las vinazas es un tema clave para evitar daños al medio ambiente.

Las vinazas son líquidos de color café que quedan después de la destilación de los mostos fermentados y están compuestos por fibrillas de agave, células de levadura, minerales, agua y compuestos orgánicos, tales como, alcoholes, ácidos y azúcares residuales. Debido a su composición química, si las vinazas no se tratan o eliminan adecuadamente, pueden modificar el equilibrio químico de los suelos y reducir la disponibilidad de los nutrientes esenciales como calcio y magnesio. Aunque contienen minerales que podrían parecer buenos para la tierra, en grandes cantidades pueden saturarla, haciendo que el suelo no absorba bien el agua, afectando a las plantas y la actividad de organismos benéficos como las lombrices y las bacterias. Por lo que es muy importante darles un tratamiento adecuado a las vinazas antes de ser desechadas, que permita su disposición segura.

Aunque existen métodos para eliminar las sustancias dañinas o tóxicas de los residuos líquidos, la mayoría de estos requieren mucha energía, son costosos y, en algunos casos, no eliminan por completo los contaminantes. Sin embargo, debido a su alto contenido de materia orgánica, las vinazas pueden aprovecharse de una manera muy útil gracias a unos seres diminutos llamados microorganismos.

Una alternativa es utilizarlas en dispositivos llamados “Celdas de Combustible Microbianas” (CCM), los cuales son capaces de generar energía mientras limpian los efluentes residuales [2,3]. Esta tecnología funciona ya que los microorganismos son capaces de “alimentarse” de las sustancias presentes en la vinaza, particularmente de los azúcares y, en el proceso, generar un poco de energía llamada “bioelectricidad”.

Pero, ¿dónde se consiguen estos microorganismos? Si bien los microorganismos se encuentran literalmente en todas partes, no a todos les gusta o pueden consumir los compuestos presentes en las vinazas. Entonces, si se ponen a “trabajar” en la generación de energía, a los microorganismos que ya viven en las vinazas ¡en vez de ser un problema, pueden convertirse en una solución! Así, las vinazas, que antes eran un desecho muy contaminante, ahora pueden limpiarse y convertirse en energía gracias a los microorganismos.

¿Cómo funciona una celda de combustible microbiana?

Existen diferentes diseños de CCM, uno de los más sencillos es la de “cámara simple” (Figura 3). Esto significa que cuenta con un solo compartimento donde los microorganismos descomponen la materia orgánica. Sin embargo, las CCM cuentan con dos elementos principales: un ánodo y un cátodo, también llamados electrodos, donde ocurre toda la acción.

En el ánodo, los microorganismos descomponen la materia orgánica, liberando pequeñas partículas de energía llamadas electrones (e-). Estas partículas viajan a través de una ruta externa cerrada (circuito eléctrico) hasta llegar al cátodo donde se completa el proceso, gracias a que el oxígeno acepta los electrones y protones (iones H+), formando agua. Este movimiento de electrones es la bioelectricidad. Ánodo y cátodo son separados física y eléctricamente por una membrana, la cual permite el paso de un lado al otro de los protones necesarios para completar el proceso, pero impide el paso de otras sustancias y iones con carga negativa. Otra función importante de la membrana es evitar el paso del oxígeno del cátodo al ánodo, ya que a los microorganismos que generan la bioelectricidad les gusta vivir en un ambiente sin oxígeno.

Si bien las CCM se encuentran aún en etapa de investigación y desarrollo, su diseño sencillo permite un posible escalamiento mediante la conexión de varias celdas de manera simultánea. Esta estrategia se ha empleado para incrementar la cantidad de energía generada en diversos dispositivos. Por ejemplo, en las baterías de los autos, se encuentran seis celdas de 2 volts cada una, que se conectan en serie para generar los 12 volts que requieren los autos.

¿Se pueden tratar las vinazas en las CCM?

Para responder esta pregunta, se ha empleado vinaza con la finalidad de evaluar si este tipo de residuo puede aprovecharse en las CCM, para la generación de energía, a partir de los microorganismos presentes en la misma y al mismo tiempo disminuir su contenido de materia orgánica, es decir, las sustancias tóxicas y dañinas como son alcoholes residuales y ácidos orgánicos que pueden alterar el equilibrio químico de los suelos o cuerpos de agua donde se vierten las vinazas, afectado los ecosistemas.

En uno de los experimentos de nuestro grupo de investigación, se decidió probar vinaza mezcalera en el lado del ánodo de una CCM de cámara simple (Figura 4a). La vinaza empleada, se obtuvo de un municipio de Durango, ya que éste es el tercer productor de mezcal en el país. La vinaza tiene un alto contenido de materia orgánica y un pH muy ácido, casi tanto como el jugo de un limón. Estas características son propias de las vinazas mezcaleras, aunque pueden variar ligeramente dependiendo de la composición y método de producción del mezcal. En el cátodo, el oxígeno presente en el aire actuó como aceptor de electrones.

Después de hacer funcionar la CCM con vinaza por un mes, lo que se pudo apreciar fue ¡muy alentador! Con el tiempo, la vinaza se limpió y al final del tratamiento en la celda se removió el 94% de la materia orgánica presente en las vinazas, lo que indica que los microorganismos se “comieron” casi en su totalidad los residuos orgánicos presentes. Además, aumentó el voltaje de la celda a lo largo del tiempo (Figura 4b). El voltaje medido en una celda indica su capacidad para suministrar energía.

Así se logró demostrar que las vinazas pueden aprovecharse, reduciendo su toxicidad y generando electricidad de manera sostenible, ya que se considera un proceso biotecnológico basado en el aprovechamiento de un residuo agroindustrial altamente contaminante. ¡Imagínate! Este tipo de tecnología podría constituir una alternativa para el tratamiento de residuos en la industria del mezcal y también en la generación de energía.

Siendo muy optimistas, en un futuro, estas CCM podrían utilizarse a mayor escala para reducir la contaminación de manera sostenible. Si te animas, podrías ser tú quien logre llevar esta tecnología a una escala que resulte viable para tratar las vinazas a nivel industrial.

Referencias

1. COMERCAM, Consejo Mexicano Regulador de la Calidad del Mezcal, A.C., Informe Estadístico 2025, p.4. https://comercam-dom.org.mx/wp-content/uploads/2025/06/INFORME_PUBLICO2025.pdf
2. Cornejo-Martell A, Hernández-Eligio JA, Juárez López K (2019). Limpiado el ambiente y generando energía. Biotecnología en Movimiento, 17: 9-11. https://biotecmov.ibt.unam.mx/services/pdfDownloader.php?id=MTcqKl8qKjM=
3. López Díaz JA, Martínez Castrejón M, Hernández Flores G (2022). ¿Es posible generar bioelectricidad procesando drenaje ácido de minas y aguas negras? Biotecnología en Movimiento, 29: 1-7. https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/29/6.html

Lecturas recomendadas

1. Rodríguez Cortés A, de la Cerna-Hernández C. (2017). El mezcal, su producción y tratamiento de residuos. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2(8):10–4. https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.vk595y1qemvo
2. Castañeda-Martínez KE, Aguilera-Flores MM, Ávila-Vázquez V (2022). Uso de una celda de combustible microbiana para la producción de energía a partir de agua residual de una industria de suministro para sector alimenticio. Tendencias en Energías Renovables y Sustentabilidad (TERYS), 1(1). DOI: https://doi.org/10.56845/terys.v1i1.198
3. Sánchez M, Fernández L, Espinoza-Montero P (2021). Generación de energía eléctrica y tratamiento de aguas residuales mediante celdas de combustible microbianas. Novasinergia, 4(1), 164-180. http://scielo.senescyt.gob.ec/pdf/rns/v4n1/2631-2654-rns-4-01-00164.pdf