Ingeniería con bacterias, eslabón perdido para el amacenamiento de energía

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Uno de los mayores problemas con la energía sostenible está en la forma de almacenar la electricidad que se genera por fuentes eólicas, solares y marítimas. Actualmente, no existe tecnología que permita un almacenamiento a gran escala y recuperación de energía con bajo coste económico y medio ambiental.

La ingeniería con microorganismos electroactivos podría ser parte de la solución. Estos microorganismos son capaces de captar un electrón proveniente de la energía solar o eólica, y emplear dicha energía para separar las moléculas de dióxido de carbono del aire. Los microorganismos pueden usar los átomos de carbono para hacer biocombustibles, como isobutanol o propanol, los cuales se combustionan en un generador o adicionándose a gasolina, por ejemplo.

«Pensamos que la biología juega un papel fundamental para crear estructuras sostenibles de energía» dice Buz Barstow, Profesor adjunto de Ingeniería Biológica y Medio Ambiental en la Universidad de Cornell. «Algunas actuaciones pueden ser de apoyo y otras principales, estamos intentando encontrar todos esos lugares donde pueda actuar la biología».

Barstow es el autor principal de «Almacenamiento de energía eléctrica con sistemas de ingeniería biológica», publicado en Journal of Biological Engineering.

Adicionando elementos de ingeniería eléctricos (sintéticos o no biológicos) pueden hacer esta aproximación incluso más factible y eficiente, que empleando microorganismos aislados. Al mismo tiempo, tener muchas opciones también crea muchas elecciones para la ingeniería. El estudio proporciona información para determinar el mejor diseño basándose en las necesidades de cada caso particular.

«Sugerimos una nueva aproximación donde juntamos ingeniería electroquímica biológica y no biológica, para crear un nuevo método para almacenar energía», comenta Farshid Salimijazi, estudiante graduado en el laboratorio de Barstow y autor principal de la publicación.

La fotosíntesis natural actualmente ofrece un ejemplo para el almacenamiento de energía solar a gran escala, y transformándolo en biocombustible en un bucle cerrado de carbono. Captura entre seis veces más energía solar en un año que la consumible por una población en el mismo tiempo. Pero la fotosíntesis es realmente poco efectiva a la hora de captar luz solar, absorviendo menos de un 1% de la energía que incide en las células fotosintetizadoras.

Los microorganismos electroactivos permiten reemplazar la captura de luz biológica mediante fotovoltáica. Estos microorganismos pueden absorver electricidad dentro de su metabolismo y usar esta energía para transformar CO2 en biocombustible. La aproximación muestra muchas promesas para producir biocombustibles con gran eficiencia.

Los microorganismos también permiten el uso de otro tipo de energía renovable, no solo energía solar, para dar potencia a estas transformaciones. También algunas especies de esta ingeniería biológica puede crear bioplásticos que puedan ser enterrados, mientras elimina dióxido de carbono (gas de efecto invernadero) del aire y secuestrándolo del suelo. La bacteria puede producirse para hacer el proceso contrario, mediante su conversión a bioplástico o biocombustible volviendo a electricidad. Estas interacciones pueden suceder a temperatura y presión ambiente, lo cual es importante para su eficiencia.

Los autores apuntan que los métodos no biológicos para usar electricidad para la fijación de carbono (asimilando carbono desde CO2 a compuestos orgánicos, como son los biocombustibles) están empezando a igualar e incluso superar las capacidades de los microorganismos. Sin embargo, la tecnología electroquímica no es buena para biocombustibles y polímeros. Los microorganismos electroactivos pueden diseñarse para transformar estas simples moléculas en moléculas más complejas.

La combinación de sistemas de microorganismos y electroquímicos pueden superar la eficiencia de la fotosíntesis. Por estos motivos, un diseño que junte los dos sistemas ofrecerá una solución más prometedora, de acuerdo con los autores.

«A partir de los cálculos que hemos realizado, creemos que es definitivamente posible», comenta Salimijazi.

La publicación incluye la información de actuación sobre diseños biológicos y electroquímico para la fijación de carbono. El estudio actual es «por primera vez, cuando alguien ha reunido en un solo lugar toda la información necesaria para comparar conjuntamente manzanas con manzanas dobre la eficiencia de estos modos distintos para la fijación de carbono» señala Barstow.

En el futuro, el plan de los investigadores es emplear la información recopilada para probar todas las posibles combinaciones de componentes biológicos y ectroquímicos, encontrando la mejor combinacion de todas las posibles.

Puede consultar la publicación completa en el siguiente enlace: https://jbioleng.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13036-019-0162-7