Ingenieros de Oxford han transformado bacterias en nanorreactores de hidrógeno produciendo hasta 10 veces más combustible

Este enfoque elimina la dependencia de metales costosos como el platino, reduciendo los costos, mejorando la seguridad y aumentando la viabilidad económica del hidrógeno verde.

Combustibles verdes: bacterias como «nanorreactores de hidrógeno»

Investigadores del Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford han logrado un avance significativo hacia la producción de hidrógeno verde, una alternativa sostenible basada en dividir el agua utilizando energía renovable. Su enfoque innovador se centra en la bio-ingeniería de bacterias para convertirlas en ‘nanorreactores de hidrógeno’, abriendo el camino hacia un método económico y sin emisiones de carbono para generar combustibles de hidrógeno.

El papel del hidrógeno en la transición energética

El hidrógeno tiene el potencial de ser clave en la transición hacia emisiones netas cero, ya que se quema de manera limpia sin liberar dióxido de carbono (CO2). Sin embargo, la producción industrial actual de hidrógeno depende en gran medida de combustibles fósiles, generando entre 11,5 y 13,6 kilogramos de CO2 por cada kilogramo de hidrógeno producido. Este impacto ambiental subraya la necesidad urgente de soluciones más sostenibles.

Bacterias como biocatalizadores para producir hidrógeno

El equipo de Oxford utilizó un enfoque de biología sintética para transformar la bacteria Shewanella oneidensis en un nanorreactor celular capaz de dividir agua y producir hidrógeno utilizando luz solar. Este desarrollo supera un desafío crítico: la necesidad de un catalizador estable, eficiente y rentable. Actualmente, los catalizadores más usados para la producción de hidrógeno verde dependen de metales caros como el platino, lo que limita su viabilidad económica a gran escala.

El estudio liderado por el profesor Wei Huang ha demostrado que una alternativa biocatalítica puede ofrecer mayor seguridad, renovabilidad y costos de producción significativamente más bajos, mejorando así la viabilidad económica a largo plazo.

Avances tecnológicos en la ingeniería bacteriana

En la naturaleza, ciertos microorganismos producen hidrógeno mediante enzimas llamadas hidrogenasas, pero con rendimientos bajos debido a limitaciones como la baja transferencia de electrones. Para superar estas barreras, los investigadores modificaron genéticamente S. oneidensis para concentrar electrones, protones y hidrogenasa en el espacio periplásmico, un área de 20 a 30 nanómetros de ancho entre las membranas interna y externa de la célula.

Además, se introdujo una bomba de electrones activada por luz, denominada rodopsina de Gloeobacter, que permite bombear protones al espacio periplásmico de manera eficiente al absorber energía solar. Para potenciar este proceso, se añadió el pigmento cantaxantina, mejorando la captación de fotones. También se incorporaron nanopartículas de óxido de grafeno reducido y sulfato férrico para mejorar la transferencia de electrones, y se sobreexpresó la enzima hidrogenasa en el espacio periplásmico.

Este enfoque logró un aumento de diez veces en la producción de hidrógeno en comparación con una cepa de control no modificada.

Escalabilidad y aplicaciones futuras

El sistema desarrollado por los investigadores podría escalarse mediante la producción de ‘hojas artificiales’, en las cuales las células bacterianas modificadas se imprimen en tela de fibra de carbono. Al exponerse a la luz solar, estas hojas comenzarían a generar hidrógeno de manera inmediata. Este avance ofrece una solución sostenible y económica para la producción de hidrógeno, con aplicaciones en transporte, generación de electricidad y almacenamiento de energía.

Hacia una economía circular en biotecnología

El éxito del equipo del profesor Huang se suma a otros logros en biología sintética sostenible, como la creación de bacterias no fotosintéticas que realizan fotosíntesis mediante rodopsina. Este desarrollo inicial ha sido respaldado por fondos de investigación del Reino Unido y Japón, enfocándose en nuevos métodos para convertir dióxido de carbono en bioproductos útiles como plásticos biodegradables.

La colaboración internacional liderada por Huang y el profesor Hiroyuki Noji busca transformar el CO2 en recursos sostenibles para industrias tan diversas como la agricultura, la salud y la biomanufactura, acercándonos a un futuro donde los procesos biológicos sean el motor de la sostenibilidad.

Este avance destaca el potencial de la ingeniería biológica para revolucionar la producción de energía limpia. La capacidad de combinar microorganismos bio-ingenierizados con materiales sostenibles abre nuevas oportunidades para enfrentar el cambio climático y construir una economía más verde.

Vía www.ox.ac.uk