Un equipo de microbiólogos de la Universidad Goethe de Fráncfort ha conseguido utilizar bacterias para el almacenamiento y liberación controlada de hidrógeno, un paso importante en la búsqueda de fuentes de energía neutras en carbono.
El paper fue publicado en la revista científica Joule, bajo el nombre Biological hydrogen storage and release through multiple cycles of bi-directional hydrogenation of CO2 to formic acid in a single process unit, que quiere decir: Almacenamiento y liberación biológica de hidrógeno mediante múltiples ciclos de hidrogenación bidireccional de CO2 a ácido fórmico en una sola unidad de proceso.
El equipo de investigadores ha encontrado una enzima en bacterias que viven en ausencia de aire y que son capaces de unir el hidrógeno directamente al CO2, produciendo así ácido fórmico, en un proceso que es completamente reversible, requisito básico para el almacenamiento del vector energético.
Estas bacterias acetogénicas, que se encuentran en las profundidades marinas, se alimentan de dióxido de carbono, que metabolizan en ácido fórmico con la ayuda del hidrógeno.
Dicho ácido es solo 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 para no solo detener este proceso en la fase de ácido fórmico, sino también invertirlo. El principio básico está patentado desde 2013.
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Nueva biobatería
A partir de dichas investigaciones, el equipo logró desarrollar una biobatería para el almacenamiento de hidrógeno con la ayuda de las mismas bacterias, siguiendo el principio de un sistema en el que las bacterias primero almacenen hidrógeno, y luego lo liberen de nuevo en un mismo biorreactor 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, alimentando a las bacterias con hidrógeno durante ocho horas y luego sometiendolasa una dieta de hidrógeno en una fase de 16 horas durante la noche, donde liberaron todo el H2.
Con la ayuda de procesos de ingeniería genética se pudo eliminar la formación indeseada de ácido acético, y el funcionamiento del sistema fue «extremadamente estable» durante al menos dos semanas, señaló Schwarz.
En la imagen a continuación, un modelo de un posible sistema bacteriano de almacenamiento de hidrógeno:
- 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.
- 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.
«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, jefe del Departamento de Microbiología Molecular y Bioenergética
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Redacción | Antonio Vilela
