La lucha contra el cambio climático hace cada vez más urgente la búsqueda de fuentes de energía neutras en carbono. El hidrógeno verde es un combustible prometedor en una economía neutra en carbono, y actualmente se están realizando muchos esfuerzos para producirlo. Uno de los retos es almacenar y transportar este gas altamente explosivo de forma segura y sencilla.
Ahora, un equipo de microbiólogos de la Universidad Goethe de Fráncfort ha conseguido utilizar bacterias para el almacenamiento y la liberación controlados de hidrógeno, un paso importante en la búsqueda de fuentes de energía neutras en carbono en aras de la protección del clima.
Los investigadores encontraron una enzima en las bacterias que viven en ausencia de aire y unen el hidrógeno directamente al CO2, produciendo así ácido fórmico. El proceso es completamente reversible, un requisito básico para el almacenamiento de hidrógeno.
Estas bacterias acetogénicas se alimentan de dióxido de carbono, que metabolizan en ácido fórmico con la ayuda del hidrógeno. Normalmente, este ácido fórmico es sólo un producto intermedio de su metabolismo y se digiere posteriormente en ácido acético y etanol. Pero el equipo ha adaptado las bacterias de tal manera que es posible no sólo detener este proceso en la fase de ácido fórmico, sino también invertirlo. El principio básico ya está patentado desde 2013.
Los índices medidos de reducción de CO2 a ácido fórmico y viceversa son los más altos jamás medidos y muchas veces mayores que con otros catalizadores biológicos o químicos; además, y a diferencia de los catalizadores químicos, las bacterias no requieren metales raros ni condiciones extremas para la reacción, como altas temperaturas y altas presiones, sino que hacen el trabajo a 30 °C y presión normal.
Volker Müller
El grupo tiene ahora un nuevo éxito que comunicar: el desarrollo de una biobatería para el almacenamiento de hidrógeno con la ayuda de las mismas bacterias.
Durante el día, se genera electricidad con la ayuda de una unidad fotovoltaica, que luego alimenta la hidrólisis del agua. Las bacterias unen el hidrógeno así producido al CO2, lo que da lugar a la formación de ácido fórmico. Esta reacción es totalmente reversible, y la dirección de la reacción está dirigida únicamente por la concentración de los materiales de partida y los productos finales. Durante la noche, la concentración de hidrógeno en el biorreactor disminuye, y las bacterias comienzan a liberar de nuevo el hidrógeno del ácido fórmico. Este hidrógeno puede utilizarse entonces como fuente de energía.
Para probar su sistema de almacenamiento de hidrógeno bacteriano, el equipo alimentó a las bacterias con hidrógeno durante ocho horas y luego las sometió a una dieta de hidrógeno durante una fase de 16 horas durante la noche. A continuación, las bacterias volvieron a liberar todo el hidrógeno. Con la ayuda de procesos de ingeniería genética se pudo eliminar la formación indeseada de ácido acético.
El sistema funcionó de forma extremadamente estable durante al menos dos semanas. Que los biólogos publiquen en esta importante revista es algo inusual.
Fabian Schwarz
Según los investigadores, el diseño del proceso demostrado puede considerarse una futura «biobatería» para el almacenamiento reversible de electrones en forma de hidrógeno en ácido fórmico.
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