Nueva biobatería para el almacenamiento de hidrógeno
Los microbiólogos han conseguido utilizar bacterias para el almacenamiento y la liberación controlada de hidrógeno
La lucha contra el cambio climático hace cada vez más urgente la búsqueda de fuentes de energía neutras en carbono. El hidrógeno verde, que se produce a partir del agua con la ayuda de energías renovables como la eólica o la solar, es una de las soluciones en las que se depositan las esperanzas. Sin embargo, transportar y almacenar este gas altamente explosivo es difícil, y los investigadores de todo el mundo buscan soluciones químicas y biológicas. Un equipo de microbiólogos de la Universidad Goethe de Fráncfort ha encontrado una enzima en bacterias que viven en ausencia de aire y unen el hidrógeno directamente alCO2, produciendo así ácido fórmico. El proceso es completamente reversible, un requisito básico para el almacenamiento de hidrógeno. Estas bacterias acetogénicas, que se encuentran, por ejemplo, en las profundidades marinas, se alimentan de dióxido de carbono, que metabolizan en ácido fórmico con la ayuda del hidrógeno. Sin embargo, normalmente este ácido fórmico es sólo un producto intermedio de su metabolismo y se digiere posteriormente en ácido acético y etanol. Pero el equipo dirigido por el profesor Volker Müller, jefe del Departamento de Microbiología Molecular y Bioenergética, 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.
Imagen simbólica
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Modelo de un posible sistema de almacenamiento de hidrógeno bacteriano: durante el día, se genera electricidad con la ayuda de una unidad fotovoltaica, que luego potencia 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 se rige 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.
Goethe-Universität Frankfurt am Main
"Los índices medidos de reducción deCO2 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", informa 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.
Para el almacenamiento de hidrógeno a nivel municipal o doméstico, es deseable un sistema en el que las bacterias primero almacenen hidrógeno y luego lo liberen de nuevo en un mismo biorreactor y de la forma más estable posible durante un largo periodo de tiempo. Fabian Schwarz, que realizó su tesis doctoral sobre este tema en el laboratorio del profesor Müller, ha conseguido desarrollar un biorreactor de este tipo. 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", explica Fabian Schwarz, que se congratula de que este trabajo haya sido aceptado para su publicación en "Joule", una prestigiosa revista de ingeniería de procesos químicos y físicos. "Que los biólogos publiquen en esta importante revista es algo inusual", dice Schwarz.
Volker Müller ya había estudiado las propiedades de estas bacterias especiales en su tesis doctoral, y pasó muchos años realizando investigaciones fundamentales sobre ellas. "Me interesaba saber cómo estos primeros organismos organizaban sus procesos vitales y cómo se las arreglaban para crecer en ausencia de aire con gases simples como el hidrógeno y el dióxido de carbono", explica. A raíz del cambio climático, su investigación ha adquirido una nueva dimensión orientada a la aplicación. Sorprendentemente para muchos ingenieros, la biología puede aportar soluciones practicables por todos los medios, afirma.
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