Quienes la conocen, la definen como una belleza. La microscópica Ralstonia eutropha trabaja arduamente al servicio de la ciencia desde mediados de los años setenta.
La bacteria formó parte de las primeros intentos de la NASA para explorar las posibilidades de habitar Marte. Sus principales virtudes: es capaz de metabolizar hidrógeno, liberar oxígeno y funciona de igual forma en ambientes aeróbicos y anaeróbicos.
Es así, que esta bacteria ha formado parte del selecto menú de microorganismos que podrían ser útiles en la conquista de otros planetas; pero el trabajo de R. eutropha no se detuvo y ahora es una de las principales protagonistas de una nueva investigación que pretende revolucionar el mundo de los combustibles y abrir el camino a soluciones energéticas personalizadas.
El científico detrás del proyecto es Daniel G. Nocera, químico estadounidense cuyos estudios se han centrado, desde hace un par de décadas, en explorar sistemas de almacenamiento de energía. En los últimos años esta labor se ha centrado en procesos inspirados en la fotosíntesis.
El Doctor Sergio Gamboa, investigador del Instituto de Energías Renovables de la UNAM, señala que uno de los grandes retos en el campo energético ha sido lograr guardar la energía generada de fuentes renovables para ser utilizada no sólo en el momento inmediato de su generación.
«La forma tradicional de aprovechar la energía del sol, que es un medio intermitente, es meterla en baterías, pero éstas son un medio ineficiente y contaminante».
«Históricamente se ha tratado de guardar la energía del sol convirtiéndola en energía eléctrica, a partir de un panel fotovoltaico, y posteriormente en hidrógeno», señala Gamboa y explica que una tecnología muy utilizada desde hace varios años es liberar hidrógeno mediante un aparato llamado electroli-zador con el que se realiza una descomposición electro-química del agua. De esta forma el hidrógeno adquiere la misma cantidad de energía que se aplica para liberar.
«Es un vector energético, no una fuente primaria. Se agrega un semiconductor y se hace fotoelectrólisis». En el mundo no hay la infraestructura para almacenar y manipular el hidrógeno como un gas y las celdas de hidrógeno no han logrado captar de manera óptima la energía, es así que lo que se le ocurrió a este grupo de investigadores es guardar la energía del sol transferida a través del hidrógeno pero en la forma de un combustible líquido.
Para lograrlo, el grupo de investigadores de la Universidad de Harvard, liderado por Nocera, acudió precisamente a las capacidades naturales de la pequeña R. eutro-pha.
Después de separar las partículas de hidrógeno y oxígeno, los investigadores aprovecharon otra virtud de la bacteria: alimentarse del dióxido de carbono, que es inyectado en forma de aire en el medio acuoso. Es así, que se fabrica un polímero en forma de azúcares.
Sin embargo, lo ideal era producir un combustible líquido, así que lograron que la bacteria suspendiera el proceso un paso antes de convertir la energía en azúcar, justo cuando toma la forma de alcohol. Para lograr esto modificaron genética-mente al microorganismo, un proceso que resultó muy exitoso.
De esta manera obtuvieron isopropanol, un tipo de alcohol ya utilizado en la industria energética como aditivo, pero bajo estas nuevas premisas podría ser la clave para revertir la acción de los contaminantes generados por las mismas gasolinas.
«Los productos que utilizamos como combustible habitualmente se queman y contaminan, pero una de las cosas interesantes es que este proceso permitiría ir del contaminante hacia la formación del combustible, revirtiendo el proceso del dióxido de carbono en el ambiente». Gam-boa considera que estamos a no más de cinco años de una nueva generación de combustibles porque la línea de investigación en alcoholes ha avanzado mucho.
«Se han utilizado para combinar en gasolinas y mejorar su rendimiento, como el caso del etanol obtenido de la caña de azúcar, sin embargo este caso no representa una solución sustentable a largo plazo, así que se prueba obtenerlos de residuos de vegetales que no se utilicen para el consumo». El experimento de Nocera podría ser la verdadera cereza del pastel.
Una combinación genial
El Doctor David Morales, especialista en reacciones catalíticas y síntesis orgánica del Instituto de Química de la UNAM, señala que «hemos crecido con la idea de la perfección de la naturaleza, pero incluso los sistemas naturales también desperdician una gran cantidad de energía en el momento de convertirla en material útil. Por ejemplo, la energía solar aprovechada por una planta para convertirla en nutrientes es del 2.5%. Mediante este proceso biocatalítico los investigadores han logrado obtener cerca del 4%, es decir lo hacen mejor que la naturaleza».
Según Morales lo más importante de esta propuesta para la producción de combustibles con energías renovables, es haber logrado embonar a la perfección diferentes procesos ya conocidos, pero en pro de la generación de un producto novedoso.
«La bacteria que utilizan ya había sido empleada desde los años setenta en misiones espaciales para generar una atmosfera oxidante en Marte. Estos organismos fueron llevados a las estaciones espaciales para ponerlos a prueba y observar cuánto oxígeno eran capaces de generar bajo determinadas condiciones», comenta.
Cuando Nocera trabajaba en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ya había comenzado el trabajo de manipulación genética de este microrganismo y posteriormente se sumó la tecnología de separación de moléculas de oxígeno e hidrógeno, utilizada desde hace más de quince años. Finalmente se agregó algo más: un catalizador abundante en nuestro planeta.
«El catalizador utilizado está hecho a base de cobalto y fosfato. El cobalto es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre, más o menos comparable con el hierro. Antes se utilizaba para este tipo de reacciones un material como el platino, que se ha utilizado mucho por sus propiedades en el transporte de la corriente, pero el gran problema es su costo. El cobalto es considerablemente más barato», apunta Morales y señala también que el efecto catalizador se provoca colocando el metal in situ, en el medio acuoso donde se deposita la bacteria.
«El ciclo de este estudio es perfecto, no sólo la la parte de catálisis está perfectamente empleada; es electro-química, bioquímica, biosíntesis microbiana, química de materiales, es un trabajo brutal que conjunta muchas disciplinas que incluso se pensaba que no podrían interre-lacionarse», señala el experto y agrega que esta noticia es importante en nuestro mundo cotidiano porque se va a poder generar un combustible más eficiente.
a partir de fuentes completamente naturales.
Este proceso biocatalítico para la producción de combustibles con energías renovables es como cuando la gente hace tepache: la bacteria está latente, en el momento en que la pones a trabajar bajo las condiciones requeridas, vuelve a funcionar. Trabaja como un reactivo que puedes apagar y prender en el momento que lo desees».
Para Morales esto también podría proyectarse en un futuro en sistemas que podrían tener funcionalidad en los hogares como fuentes de autosuficiencia energética. El experto hace la analogía con una planta de tratamiento de agua y un filtro purificador en casa.
Nosotros podríamos tener nuestra propia fuente de combustible en casa, que funcionara generando electricidad, gas y combustible para nuestro auto con el simple hecho de tener una celda solar en el techo que también suministre de energía a un tanque de agua a lado de nuestra casa con los componentes referidos.
La energía solar captada por las celdas generaría la corriente eléctrica para hacer funcionar los electrodos inmersos en el agua. Del ánodo y el cátodo estarían sostenidas un par de rejillas de metal, una de ácero inoxidable, y otra de cobalto y fosfato.
Mediante su reacción se romperían las moléculas de agua. Se podría burbujear el dióxido de carbono a este mismo tanque con las bacterias para finalmente separar el isopropanol y conectar la energía generada tanto a las instalaciones eléctricas como de gas, además de realizar la recolección necesaria para utilizar el combustible para el coche.
«Este es uno de los ejemplos más claros de cómo ha ido avanzando la ciencia y cómo a través del razonamiento se han podido conjugar las diferentes formas de conocimiento», comenta Morales y agrega que hasta aquí la ciencia ya cumplió con una meta que a lo mejor se irá perfeccionando con el tiempo, pero el grueso de las expectativas ya están trazadas. Ahora lo que falta es la inversión en ingeniería y desarrollo tecnológico que cristalicen el proyecto en una realidad.