Los investigadores diseñan bacterias anaerobias sintéticas para capturar y convertir el metano
"Queremos dejar de liberar metano y empezar a aprovecharlo y hacerlo en lugar de quemarlo"
El metano es un potente gas de efecto invernadero que es 25 veces más perjudicial para el medio ambiente por molécula que el dióxido de carbono, según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. Las bacterias del fondo del mar pueden eliminar el metano de su entorno, totalmente sin oxígeno, mediante un proceso denominado oxidación anaeróbica del metano (OMA). Los investigadores de Penn State y la Universidad de Arizona utilizarán una subvención de cuatro años y 3,2 millones de dólares de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) para diseñar bases biotecnológicas que empleen una versión sintética de estas bacterias en un sistema de captura y conversión del metano en su origen.
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Thomas Wood, profesor de ingeniería química de la Facultad de Ingeniería de Penn State, e Ingmar H. Riedel-Kruse, profesor asociado de biología molecular y celular e ingeniería biomédica de la Universidad de Arizona, han unido sus fuerzas para crear reactores biológicos escalables que aprovechen el metano antes de que pueda escapar a la atmósfera como gas nocivo de efecto invernadero. El laboratorio de Wood clonó la enzima de los microbios captadores de metano que se encuentran en el fondo del mar. La enzima se utilizará en biorreactores que se basan en los éxitos anteriores de Riedel-Kruse en la ingeniería de consorcios sintéticos.
"Estas bacterias que capturan el metano son anaerobias", explica Wood. "Aunque crecen muy lentamente -se duplican sólo cada 100 años-, capturan el gas metano con bastante eficacia. No podemos cultivarlas por sí mismas en el laboratorio, pero hemos podido clonar su ADN".
El objetivo principal de este proyecto, según Wood, es incorporar las bacterias modificadas a reactores lo suficientemente prácticos y económicos como para que el metano pueda ser un recurso en lugar de un contaminante.
"Estos pequeños biorreactores remotos se utilizarán para capturar el metano en su origen -sitios de fracturación hidráulica, vertederos y plantas de tratamiento de aguas residuales- y convertirlo inmediatamente en electricidad o en valiosos productos químicos básicos que pueden utilizarse en otros compuestos, como alcoholes, plásticos y cosas que sirven de combustible a nuestros coches", dijo Wood. La naturaleza anaeróbica de las bacterias es clave. Para reproducir la fermentación del metano por estas bacterias, los investigadores deben crear una región anaeróbica donde no haya oxígeno. Para ello, utilizarán una biopelícula -limo- para controlar dónde están las bacterias en el reactor en cuanto a su disposición espacial.
"Vamos a crear pequeñas bolas espacialmente definidas que consisten principalmente en limo", dijo Wood.
La región exterior del limo eliminará el oxígeno para permitir que las células anaerobias de su interior capturen el metano y lo conviertan en una sustancia química intermedia. Las células externas, aeróbicas, también convertirán el compuesto intermedio en el producto final.
"Los biorreactores modulares y fácilmente escalables presentan un proceso práctico que puede funcionar en muchos lugares diferentes", dijo Wood. "Será mucho más eficiente y distribuible y significativamente menos costoso que los enfoques actuales que capturan y convierten el metano. Aún no sabemos cómo sería el proceso en un emplazamiento de fracking, pero a nivel municipal es fácil ver hacia dónde vamos: reactores de biopelícula fija."
Las refinerías establecidas, como las utilizadas por la industria del fracking, convierten el metano en compuestos tipo gasolina, pero su construcción cuesta decenas de miles de millones de dólares. Llevar el metano a estas refinerías desde lugares remotos es ineficiente, ya que se pierde hasta un 20% de metano a la atmósfera durante el transporte desde la fuente hasta la refinería, según Wood.
"Queremos dejar de liberar metano y empezar a aprovecharlo, y hacerlo en lugar de quemarlo", dijo Wood. "Nuestros sencillos reactores biológicos funcionan in situ y a temperatura ambiente. No hay que gastar 20.000 millones de dólares ni enormes cantidades de energía para poder capturar el metano y convertirlo en algo útil".
Los investigadores han reunido un equipo interdisciplinar con experiencia en biología sintética, diseño de biorreactores de ingeniería química y ciencias sociales, así como posibles usuarios futuros para poner en práctica la nueva tecnología. Los biorreactores se probarán en lugares relevantes del terreno, empezando por instalaciones de tratamiento de aguas residuales.
Además de desarrollar un nuevo enfoque para convertir el metano en productos químicos, los investigadores también estudiarán cómo puede difundirse la tecnología de forma social y ambientalmente responsable, según Riedel-Kruse. La NSF aumentó la dotación en 300.000 dólares para que los investigadores aumenten su componente educativo.
Este componente de divulgación formará a los profesores de ciencias de los institutos para que desarrollen y distribuyan actividades educativas innovadoras que ayuden a los estudiantes a aprender sobre microbiología y les ayuden a aplicar las tecnologías desarrolladas a partir de esta subvención. El enfoque inicial se dirigirá a grupos poco representados, en particular a las comunidades de nativos americanos situadas cerca de la Universidad de Arizona, con planes posteriores para extender la formación a todo el país.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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