El sueño de producir combustible con bacterias

Las bacterias son capaces de hacer algo milagroso: pueden transformar el aire que otros animales se limitan a respirar en los ladrillos con los que construir su cuerpo. En concreto, gracias a una compleja y refinada maquinaria celular, pueden capturar el dióxido de carbono de la atmósfera e introducirlo en sus moléculas para fabricar todo lo que necesitan, ya sean azúcares, grasas o proteínas. Para ello, solo requieren agua y luz solar. Y lo hacen tan bien, que hace millones de años unas células «se tragaron» a algunas de estas bacterias fotosintéticas y así, con el tiempo, aparecieron las primeras células vegetales y luego las algas y las plantas.

A pesar de toda esta evolución, algunos científicos consideran que aún hay margen de mejora en el proceso de la fotosíntesis.

La semana pasada, un artículo publicado en Science respondió a este intento de mejorar lo que la naturaleza ya ha inventado, y aseguró que habían logrado hacer una fotosíntesis 10 veces más eficiente que la de las plantas. Los investigadores, de la Universidad de Harvard, presentaron un nuevo perfeccionamiento en un sistema que acopla una especie de hoja artificial a unas bacterias. La gran ventaja es que con esto pueden producir alcoholes que en teoría podrían ser usados como combustible.

«Este es un sistema fotosintético auténticamente artificial», dijo Daniel G. Nocera, el primera autor del estudio e investigador en la Universidad de Harvard, en un comunicado. Tal como dijo, desde hace varios años los investigadores tratan de aprovechar la fotosíntesis para producir hidrógeno u otros compuestos, pero en este caso, Nocera asegura que ocurre algo distinto: su sistema realiza el ciclo completo de la fotosíntesis y permite producir un combustible más interesante que el hidrógeno o que el etanol, porque ambos gaseosos y volátiles a temperatura ambiente.

La base del diseño es una «hoja» artificial desarrollada en 2011. Básicamente consiste en una especie de panel solar que permite llevar a cabo la fotoelectrolisis del agua, una reacción que «rompe» el agua en hidrógeno molecular (H2), usando la energía de la luz.

Bacterias productoras de combustible

Una vez obtenido ese hidrógeno, que Nocera rechaza como fuente de energía por la falta de infraestructuras, los investigadores se propusieron usarlo como fuente de «comida» para los microbios. Ahí es donde una bacteria, llamada Ralstonia eutrohopha, entra. Usándolo como fuente de alimento, ella es capaz de producir alcoholes líquidos a temperatura ambiente, como el isopropanol, isopentanol e isobutanol, o incluso precursores de plásticos.

El resultado es un híbrido entre un sistema natural y un sistema artifificial capaz de producir alcoholes a partir de luz, agua y dióxido de carbono (CO2) con una alta eficiencia.

Pero en realidad, aún falta mucho para poder aprovechar este diseño. Tal como ha explicado Miguel García Guerrero, investigador del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (Universidad de Sevilla-CSIC), el artículo presentado en Science es en realidad una mejora de un avance ya publicado en PNAs en 2015. La diferencia entre ambos estudios, es que en esta ocasión los científicos han mejorado la eficiencia del proceso usando un nuevo catalizador.

«Para poder convertir el agua en hidrógeno y oxígeno, se necesita un cátodo y un ánodo. La novedad real de su estudio es que han cambiado el material del cátodo para fotolisar el agua», ha explicado Guerrero. «Los trabajos de Nocera son muy interesantes pero creo que aún están en una etapa temprana».

En este sentido, la propia Pamela Silver, una científica que también ha trabajado en la investigación, confesó a ABC uno de los problemas de este diseño: lo difícil que es llevarlo a escalas mayores.

El problema de la rentabilidad

El problema pasa, tal como explicó Guerrero, por conseguir que el proceso sea barato y que esté estabilizado como para poder producir grandes volúmenes de productos de forma constante. Por eso, en su opinión, es más sencillo modificar a las cianobacterias, por ingeniería genética, y programarlas para producir alcoholes u otros ácidos grasos, de ahí la gran cantidad de ejemplos de iniciativas que actualmente trabajan en esta vía.

Por ejemplo, el propio grupo de investigación de Guerrero en el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis trabaja con «microalgas para producir compuestos de interés como ácidos grasos, precursores de biodiésel, pigmentos y en general compuestos de alto valor añadido», enumeró el investigador.

La gran ventaja de las bacterias es que son más eficientes a la hora de aprovechar la luz solar. Además, crecen en medios líquidos, son más fáciles de manipular y no compiten con cultivos de uso alimentario (por eso no aumentarían los precios). Por eso, hay iniciativas para acoplar «biofiltros» de bacterias capaces de aprovechar el CO2 producido en centrales energéticas para producir compuestos de interés. «Todos estos procesos van enfocados a que ayudemos en algo para evitar el desastre del calentamiento global».

Por su parte, el equipo de Nocera busca inversores para aplicar este sistema en países en vias de desarrollo, con el objetivo de poner a punto un método para obtener energía solo usando agua (el agua sucia y la orina también sirven) y luz solar.