Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Kassel, en colaboración con la Universidad del Ruhr en Bochum y la Universidade Nova de Lisboa (Portugal), desarrolló un método innovador que resuelve uno de los mayores obstáculos en la producción fotosintética de hidrógeno.
El trabajo, publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition, permite por primera vez que las cianobacterias, comúnmente conocidas como algas verdeazuladas, produzcan hidrógeno de manera continua y eficiente, al proteger a las enzimas responsables del proceso (hidrogenasas) del efecto inhibidor del oxígeno generado durante la fotosíntesis.
«Este es un paso importante hacia una producción biotecnológica de hidrógeno sostenible y escalable» , señaló el equipo de investigación, cuyos hallazgos abren la puerta al desarrollo de sistemas biofotovoltaicos capaces de convertir directamente la luz solar en hidrógeno verde.
También te puede interesar | Fertilizantes de hidrógeno verde: el nuevo acuerdo PepsiCo-Fertiberia que marca un hito en la agricultura regenerativa
El gran desafío: el oxígeno, un enemigo dentro de la célula
Las cianobacterias tienen la capacidad natural, bajo condiciones específicas, de utilizar la energía solar para producir hidrógeno a partir del agua, un proceso que representa una fuente de energía limpia y renovable de enorme potencial.
El mecanismo se basa en la acción de unas enzimas denominadas hidrogenasas, las cuales transforman los protones en hidrógeno molecular (H₂) .
Sin embargo, existe una contradicción química fundamental: el mismo proceso fotosintético que impulsa la producción de hidrógeno libera inevitablemente oxígeno, un elemento que desactiva de manera irreversible las hidrogenasas.
Como explica el artículo publicado por el portal Ingenieur.de, los propios organismos se «sabotean a sí mismos», destruyendo con su propio metabolismo la capacidad de generar el combustible deseado.
Los enfoques anteriores para resolver esta incompatibilidad se basaban en eliminar el oxígeno una vez generado, mediante el uso de compuestos químicos o la adición de carbohidratos, unas estrategias que resultaban ineficientes y comprometían la sostenibilidad del proceso al requerir insumos externos, lo que limitaba su viabilidad para una producción autónoma y a gran escala.
La solución de Kassel: un escudo electroquímico a medida
El equipo liderado por el Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann (Bochum), la Prof. Dra. Kirstin Gutekunst (Kassel) y el Dr. Felipe Conzuelo (Lisboa) ideó una solución radicalmente diferente: en lugar de eliminar el oxígeno después de generado, lo interceptan antes de que pueda dañar a las enzimas.
Para ello, desarrollaron un sistema que integra cianobacterias modificadas en un polímero especial depositado sobre un electrodo.
«Nuestro enfoque combina las ventajas de las células vivas, como su capacidad de autorreparación y su longevidad, con la precisión de los sistemas electroquímicos» , explicó la Prof. Dra. Kirstin Gutekunst.
El polímero contiene grupos químicos llamados «viologenos«, que pueden ser reducidos mediante la aplicación de un potencial eléctrico, que en su estado reducido, reaccionan de forma inmediata con el oxígeno, descomponiéndolo de manera eficaz en el entorno inmediato de las células.
De este modo, se crea una microatmósfera libre de oxígeno directamente alrededor de las bacterias, mientras que el resto de la célula continúa realizando la fotosíntesis con normalidad. Las hidrogenasas permanecen activas y la producción de hidrógeno puede llevarse a cabo de forma continua y estable.
Cianobacterias genéticamente optimizadas: el salto hacia la eficiencia
El estudio también exploró el uso de cianobacterias genéticamente modificadas del género Synechocystis, un modelo de investigación muy utilizado en laboratorios de todo el mundo.
En estas cepas modificadas, los investigadores lograron conectar genéticamente la hidrogenasa directamente al fotosistema I, el complejo proteico encargado de captar la luz solar y generar los electrones necesarios para la producción de hidrógeno.
En las cianobacterias silvestres, la transferencia de electrones entre el fotosistema y la hidrogenasa implica una serie de pasos intermedios que generan pérdidas de eficiencia. Al fusionar ambas estructuras, se minimizan estas pérdidas y se optimiza el flujo energético, logrando que una mayor proporción de la energía lumínica se convierta en hidrógeno.
Los experimentos demostraron que estas cepas mutantes, integradas en el sistema de polímero redox, presentaban una producción de hidrógeno significativamente más prolongada y estable en comparación con las células silvestres no modificadas.
La Prof. Dra. Kirstin Gutekunst explicó que la modificación genética permite una transferencia directa y eficiente de electrones hacia las hidrogenasas, lo que se traduce en un mejor aprovechamiento de la energía solar captada por las bacterias.
Perspectivas de futuro hacia la biofotovoltaica
Los resultados obtenidos sientan las bases para el desarrollo de sistemas biofotovoltaicos que conviertan directamente la radiación solar en hidrógeno, sin necesidad de los pasos intermedios que caracterizan a las tecnologías actuales, como la electrólisis convencional alimentada por paneles solares.
Tal como señala el análisis del portal Ingenieur.de, las tecnologías biológicas de producción de hidrógeno se encuentran aún en una fase temprana de desarrollo. Sus rendimientos energéticos son todavía muy inferiores a los de la electrólisis con energía solar, cuyo ciclo completo (desde la luz solar hasta el hidrógeno) alcanza eficiencias de alrededor del 15-20%.
Sin embargo, su gran ventaja teórica reside en que los microorganismos pueden autorreplicarse y autorrepararse y, en el escenario ideal, solo necesitarían agua, luz solar y dióxido de carbono para funcionar, lo que permitiría despliegues a muy bajo costo operativo una vez superados los desafíos de escalado.
El siguiente gran objetivo del equipo de la Universidad de Kassel es trasladar el sistema desarrollado en laboratorio a dimensiones mayores, lo que permitiría obtener datos de rendimiento en condiciones reales de operación y realizar comparaciones sólidas con las tecnologías de producción de hidrógeno ya establecidas.
«Nuestro enfoque combina las ventajas de las células vivas, como su capacidad de autorreparación y longevidad, con la precisión de los sistemas electroquímicos», reiteró la Prof. Dra. Kirstin Gutekunst.
El trabajo demuestra que las cianobacterias, los microorganismos que hace aproximadamente 2.400 millones de años transformaron la atmósfera terrestre al liberar oxígeno, podrían también contribuir en el futuro a resolver uno de los grandes desafíos energéticos de nuestro tiempo: la producción descentralizada y sostenible de hidrógeno verde.
La agenda para la descarbonización
Latam Mobility impulsa el diálogo de los principales actores del sector a lo largo de su gira 2026, que recorrerá los principales mercados de la región para profundizar en estos y otros temas cruciales para la transformación de la movilidad.
La gira recorrerá los principales mercados de la región: Ciudad de México, Colombia y Chile. A lo largo de estos encuentros, líderes del sector público y privado, empresas, inversionistas y expertos internacionales analizarán el presente y futuro de la movilidad eléctrica, la innovación tecnológica, la infraestructura, la energía y la economía climática.
La transición ya está en marcha. La Gira 2026 de Latam Mobility será el punto de encuentro para acelerar decisiones, conectar actores clave y construir, de forma colaborativa, la movilidad sostenible de América Latina.
