Los recientes avances en biología sintética de un equipo de investigadores indican que han producido una bacteria del suelo modificada genéticamente que puede generar un combustible aún más denso energéticamente que los que están disponibles en el mercado actual.
La publicación realizada en la revista Joule por académicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, EE.UU., muestra una forma de producir anillos de ciclopropano (CP) mediante bacterias, generando una de las estructuras de hidrocarburos más densas en energía que se conocen.
A diferencia de los hidrocarburos normales, en los que los átomos de carbono se enlazan con otros cuatro átomos en un tetraedro, a menudo hidrógeno, los anillos de CP solo están compuestos por tres átomos de carbono, con ángulos agudos entre ellos átomos de 60 grados, en lugar de 109,5 grados, lo que supone una mayor tensión en los enlaces.
Bajo esta tensión, estos enlaces contienen una mayor cantidad de energía; más que suficiente para alimentar un avión si se utiliza a escala.
Muchos anillos de CP tienen una densidad energética de más de 40 megajulios por litro, superando incluso a los combustibles más avanzados utilizados en la aviación y la exploración espacial, que suelen tener una media de 35 megajulios. Los anillos de CP tienen el mayor calor neto de combustión por carbono entre todos los cicloalcanos, señala la publicación.
Y lo que es más importante, proporciona una densidad energética superior a la del hidrógeno gaseoso (2 megajulios por litro), el amoníaco líquido (11,5 megajulios por litro) y el hidrógeno líquido (8,5 megajulios por litro), todos los cuales se están explorando a fondo por su potencial para descarbonizar el transporte aéreo.
Esta investigación estaría por encima de la densidad energética de las baterías, con una densidad equivalente de 2 megajulios por litro (0,6 megajulios por kilogramo) y también superaría al combustible sostenible hecho de biomasa y productos de desecho que ya utilizan algunas aerolíneas.
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Proceso conocido y mejorado
Los ingenieros conocen los anillos CP desde hace décadas. En los años 60, los científicos soviéticos los desarrollaron para utilizarlos en el Syntin, un combustible utilizado para lanzar los cohetes Soyuz y Proton, que proporcionaba 3% más de empuje por unidad de peso del combustible en comparación con el querosén.
Sin embargo, la fabricación de este tipo de combustible ha seguido siendo difícil y cara; a menudo utiliza materia prima fósil, e implica compuestos tóxicos y peligrosos, por lo que su producción se detuvo en la década de 1990.
La innovación de Lawrence Berkeley se inspira en el modo en que la bacteria del suelo, Streptomyces roseoverticillatus, produce una sustancia antifúngica llamada Jawsamycin, llena de anillos de CP.
Los investigadores alteraron este proceso mediante la reingeniería de la biosíntesis que produce la Jawsamicina, que interrumpe el proceso en un paso en el que, de otro modo, se añadiría un anillo que contiene nitrógeno, y luego produce un ácido graso utilizando una enzima que se encuentra en un tipo de bacteria similar.
El compuesto final contiene seis o siete anillos de CP a lo largo de una columna vertebral de carbono, lo que se denomina fuelimicina. Se requiere un último paso para crear ésteres metílicos y convertir el producto de ácido graso en un combustible utilizable.
Como las bacterias crecen utilizando dióxido de carbono, la producción del combustible de principio a fin puede calificarse, en teoría, de carbono negativo.
«Produjimos combustibles de ésteres metílicos de ácidos grasos policiclopropanados (POP-FAME) en bacterias. Los POP-FAME pueden tener densidades energéticas de más de 50 MJ/L, lo que es mayor que la energía de los combustibles para cohetes y aviación más utilizados. Aunque el siguiente paso es ampliar su producción hasta que el proceso sea comercialmente viable, la disponibilidad de un método de producción de base biológica abre la posibilidad de sustituir los combustibles fósiles en un sector muy restringido»
Resumen del estudio
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Redacción | Antonio Vilela
