Las bacterias alumbran una inesperada fuente de energía
Las bacterias sirven para algo más que para hablar de ellas solo en relación a enfermedades. Han estado presentes sobre la faz de la tierra desde que el mundo es mundo y ahora podemos explotar algunas de sus acciones en nuestro propio beneficio, mientras se consolida el uso de las bacterias como fuente de energía
. Se busca así intensificar su uso en procesos industriales de forma óptima, al tiempo que se maximiza la transformación de residuos y compuestos. Tal como establece Abraham Esteve, investigador principal de Bioe en Imdea Agua, «España es una potencia en el desarrollo de este tipo de tecnología, de hecho hay cuatro spin-off a nivel internacional que operan con estos microorganismos y dos de ellas son españolas, Metfilt y Nanoelectra, y las otras dos son la holandesa Plant-e y la estadounidense Cambrian Innovation».
Además su ventaja con respecto a otras renovables es que en cualquier parte del mundo se generan residuos orgánicos y hay aguas residuales, de tal manera, que estudiando el comportamiento de las bacterias hay formas de avanzar en la producción de bioenergía, ya que la infraestructura que pueden usar no requiere de un territorio o material concreto que solo esté presente en algunos países.
La conversión directa de sustancia orgánica a electricidad permite hablar de una energía limpia, especialmente útil una vez que sea escalable y que el suministro de combustibles fósiles se agote, o incluso antes si las medidas para reducir el calentamiento global llevan a la complementación entre energías renovables. En ese futurible España puede tener un enorme potencial porque posee un gran volumen de aguas residuales que no se están explotando y que ayudaría a reducir la dependencia con otros países en la obtención de energía.
Retos y respuestas
Entre los distintos campos de estudio está el de la bioluminescencia. La idea es si se puede iluminar el mundo a bajo coste. Fue Rubén Costa, ganador en 2017 de Innovadores Menores de 35 Europa MIT Technology Review, el que fue capaz de responder a este reto estabilizando proteínas fabricadas a partir de la bacteria E.coli y usándolas para fabricar BioLed, que son similares a los Led comerciales. Salvo que estas bombillas son emisoras de una luz blanca que la Asociación Médica Americana ha calificado de dañinas para la salud. A su vez, el fósforo usado en los Led, pertenece a un grupo de elementos de las llamadas tierras raras que se acabarán en una década. Esta solución sería una opción para pantallas de ordenadores y móviles.
«Los proyectos de mi equipo se centran en un grupo de bacterias llamadas Geobacter con habilidad para respirar minerales como lo óxidos de hierro y manganeso. Y tienen unos filamentos 3.000 veces más finos que la longitud de una célula, que son muy buenos conductores eléctricos», Gemma Reguera
Encontrar nuevas posibilidades es un reto en el que es veterana la microbióloga española
Gemma Reguera, de la Universidad estatal de Michigan, que tiene una serie de proyectos en línea con la idea de generar energía, de forma sostenible, con bacterias. «Los proyectos de mi equipo se centran en un grupo de bacterias llamadas Geobacter con habilidad para respirar minerales como lo óxidos de hierro y manganeso. Y tienen unos filamentos 3.000 veces más finos que la longitud de una célula, que son muy buenos conductores eléctricos», explica Reguera.
Estos cables bacterianos transfieren la electricidad generada por su metabolismo celular, al tiempo que captan contaminantes como el uranio, el cobalto o el cadmio. «Y también descubrimos que las células usan los nanocables para formar comunidades sobre superficies. Podemos producir estas biopelículas bacterianas sobre electrodos y generar electricidad», apunta la microbióloga. Las pilas bacterianas
son muy eficientes en el pretratamiento de aguas con alto contenido orgánico, como las generadas en muchas fábricas de productos alimentarios. Todo ello son pasos claves para conservar agua y reducir el consumo energético asociado a su limpieza.
En 2014 un grupo de investigadores de la Universidad Meridional de California
grabó un vídeo de los nanocables de la bacteria Shewanella oneidensis produce «nano-cables» y respira metales pesados.
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Estas ideas también están presentes en los proyectos desarrollados por el grupo que lleva Raúl Muñoz, investigador dentro del Instituto de Procesos Sostenibles de la Universidad de Valladolid. Uno de ellos usa bacterias fotosintéticas púrpura que captan la energía del sol para tratar la fracción líquida de las aguas residuales de la industria porcina. Se trata de hacer más sostenibles los procesos productivos primarios. «Un 70% de la energía contenido en estos residuos podría transformarse en biogás», aclara Muñoz.
Aumentaría la sostenibilidad ambiental de la cría de ganado y podría aprovecharse para la fertilización. Actuaría en simbiosis con las prácticas agrícolas suministrando abonos de bajo coste, ya que con el aumento del precio de la energía hay un encarecimiento de los fertilizantes químicos y estas tecnologías mitigarían la problemática. Ahora están en conversaciones con empresas del sector porcino de Castilla y León para escalar esta tecnología. Han tenido proyectos con Urbaser, Aqualia o FCC, que están investigando estos temas y también sobre el biohidrógeno, un vector energético que podría producirse a partir de aguas residuales y residuos sólidos, usando bacterias. Lo que es una solución a la descarbonización del sector energético.
Es el tema de un proyecto estrella de la Universidad Autónoma de Barcelona. Albert Guisasola
, ingeniero químico implicado en este trabajo detalla: «Lo que se pretende es la producción de hidrógeno a partir de microorganismos exoelectrógenos. Estos sistemas se llaman bioelectroquímicos y están catalizados por las bacterias, porque lo que hacen es que la energía necesaria para producir el hidrógeno sea diez veces más pequeña». De tal forma que Guisasola señala queconseguiríamos que las estaciones depuradoras no solo sean consumidoras de energía, también productoras, a través del hidrógeno. Se han hecho cálculos que dicen que el agua residual contiene entre dos y diez veces más energía que la que estamos usando para tratarla, es decir que podríamos obtener energía del agua residual. Y sin embargo, la malgastamos. Es como si tuviéramos gasolina y solo la quemásemos. Para Guisasola en los próximos años la recuperación del agua es clave en
periodos de sequía donde tendremos que reciclar más agua que nunca.
Esta problemática es algo que tiene presente
Abraham Esteve, profesor de la Universidad de Alcalá e investigador principal del grupo Bioe de Imdea Agua, que desarrolla aplicaciones usando el metabolismo de las bacterias electroactivas, que tienen un alto potencial en la depuración de aguas residuales. Uno de los proyectos es la tecnología Metland comercializada por la spin-off Metfilter. Las bacterias electroactivas básicamente son capaces de interactuar con un material conductor de electricidad convirtiendo lo que comen en una corriente eléctrica.
Además han desarrollado biosensores usando bacterias. Esta tecnología la desarrolla Nanoelectra, que es una startup de Imdea Agua. También pueden coseguir la tan deseada desalación del agua con microorganismos.
En lo que a ideas disruptivas se refiere destaca un trabajo de la Universidad de Massachusetts Amher
st que involucra bacterias y que ha sido publicado por la revista Nature. El dispositivo denominado Air-gen cuenta con nanocables de proteínas producidas por la bacteria Geobacter que se conectan a electrodos de manera que se genera corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente en la atmósfera. Si se escalase, una tecnología semejante podría, según los científicos implicados, alimentar dispositivos portátiles como weareables o aplicarse a los móviles acabando con la carga periódica, lo que supondría la eliminación de las baterías tradicionales.
Como comenta Esteve hace veinte años todo esto sonaba a ciencia ficción y quién sabe lo qué pasará en cinco. Quizás los que se atrevan a iluminar nuevas ideas con las bacterias puedan marcar las diferencias.
Aras de los OlmosMicroorganismos útiles para el pueblo que no renuncia a ninguna renovable
Aras de los Olmos es un municipio de Valencia, situado en el Alto Turia, con 380 habitantes que ha decidido tomar una serie de medidas para ser autónomos en términos de energía. Y eso incluye la construcción de una pequeña central de producción de biogás. El Ayuntamiento colabora para ello con la Universidad de Valencia y con otros socios europeos porque tienen un proyecto llamado Micro4Biogas, enmarcado en el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, donde se va a poner a punto una optimización de bacterias que son las responsables de la producción de biogás. La construcción se iniciará en 2022 y el proyecto está coordinado por el biólogo Manuel Porcar del centro de investigación I 2 SysBio (Universitat de València-CSIC).
Se eligió este lugar para tener una prueba concepto para producir biogás en mayor cantidad y de mejor calidad. Esto se mide por la proporción de metano con respecto a CO2, ya que lo que interesa es un biogás con mayor cantidad de metano. Otro parámetro de valor es la velocidad de producción y el último parámetro es la robustez del proceso que implica que la producción sea estable, continuada, fiable esa biogás. Para realizar este proyecto han unido fuerzas con distintas empresas extranjeras y con la española Darwin Bioprospecting Excellence, especializada en el desarrollo de soluciones microbianas para producir más biogás.
En la producción están implicados microorganismos, y el producto final es una mezcla de metano y CO2, que es lo que se denomina biogás. De resultar positiva la experiencia la idea puede ser exportable a las grandes ciudades y también se puede multiplicar la iniciativa de este pueblo a menor escala, con instalaciones al lado de las granjas. Y como señala el biólogo Manuel Porcar, «en el futuro, se va por el camino de mejorar el proceso en unos cinco años. Y en términos de competitividad, a nivel de precio de esta energía, la explosión de plantas de biogás que se ha dado en Alemania está ligada a una política de subvenciones. Es algo que en la energía solar ocurría en el pasado en España, y ahora ha bajado de precio y ya es competitiva, esperamos que con el biogás ocurra lo mismo».
Para Porcar, en Aras de los Olmos han hecho algo que es muy valiente y al mismo tiempo es muy práctico, combinar un abanico de energías renovables. Van a usar la energía solar fotovoltaica, el biogás, también van a emplear una pequeña central hidroeléctrica que tienen y la energía eólica con la construcción de unos pequeños molinos de viento. Todos ellos son energías limpias que no producen CO2, y en el caso del biogás además permite hacer una eficaz gestión de residuos como las basuras domésticas, los purines de los cerdos o los restos de poda que son subproductos que dan problemas gestionarlos. «No me cabe duda que si la estrategia de Aras de los Olmos tiene éxito, no será el último pueblo en usarla», asegura Manuel Porcar.
Source: Noticias