Una investigación ha obtenido evidencias de que las bacterias utilizan hidrógeno en el proceso de electrosíntesis microbiana
La electrosíntesis microbiana es una biotecnología prometedora en el contexto del cambio climático global y la transición energética: es capaz de inmovilizar dióxido de carbono, así como producir etanol y otros compuestos orgánicos que pueden utilizarse como combustibles. Sin embargo, pese a que la electrosíntesis microbiana es conocida desde hace más de una década, no ha logrado hasta ahora ningún avance significativo hacia su uso comercial a gran escala.
En la electrosíntesis microbiana, se aplica electricidad a una solución nutritiva acuosa que contiene microorganismos, y al mismo tiempo se añade dióxido de carbono. Los microorganismos utilizan la electricidad y el carbono para producir compuestos orgánicos como etanol o acetato. El funcionamiento biológico de este proceso, sin embargo, ha venido siendo objeto exclusivo de conjeturas, lo que ha imposibilitado mejorarlo, al menos hasta ahora.
Un equipo integrado, entre otros, por Miriam Rosenbaum y Santiago T. Boto, ambos del Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de la Infección en Alemania, ha podido ahora confirmar experimentalmente por primera vez cuál es el verdadero proceso que siguen esas bacterias.
Según una hipótesis, los microbios utilizan los electrones directamente. Rosenbaum pensó que era más probable que los microbios utilizaran hidrógeno para su biosíntesis. Esto se debe a que cuando se aplica electricidad y dióxido de carbono, lo que ocurre es lo mismo que en la electrólisis clásica: el agua se divide en hidrógeno y oxígeno.
Hasta ahora, nadie había medido directamente el hidrógeno liberado en un sistema de este tipo.
Rosenbaum, Boto y sus colegas prepararon un biorreactor de electrosíntesis microbiana para poder controlar con precisión todos los parámetros. Para ello, usaron un cultivo puro de la bacteria Clostridium ljungdahlii en diferentes concentraciones. Además, podían controlar el flujo de corriente eléctrica, así como medir el hidrógeno producido en el electrodo y el hidrógeno que se escapa del líquido, utilizando microsensores.
De este modo, consiguieron obtener evidencias de que las bacterias estaban utilizando hidrógeno. Cuando la concentración de bacterias en el medio nutriente era tal que estas conformaban una biopelícula en el cátodo y se podía medir poco hidrógeno en el entorno del electrodo, la actividad de las bacterias se reducía significativamente. Esto también ocurría cuando el voltaje no era lo bastante alto para la electrólisis. Solo cuando el hidrógeno estaba libremente disponible para las bacterias del electrodo, estas mostraban una actividad elevada.
De este modo, el equipo de investigación pudo optimizar el voltaje y la concentración bacteriana para obtener los mayores rendimientos posibles de acetato.
A partir de lo descubierto en este estudio, se abre un prometedor camino hacia una optimización de este tipo de dispositivos lo bastante grande como para hacer viable su aprovechamiento comercial a gran escala.
El estudio se titula “Microbial electrosynthesis with Clostridium ljungdahlii benefits from hydrogen electron mediation and permits a greater variety of products.”. Y se ha publicado en la revista académica Green Chemistry.
Fotografía de portada: En pequeños biorreactores, los investigadores pueden controlar con gran precisión las condiciones de la electrosíntesis microbiana. (Ronja Münch / Leibniz-HKI).
