24 de Mayo de 2011.
Por: David L. Chandler.
Muchos tipos de algas y cianobacterias, microorganismos comunes que viven en el agua, son capaces de utilizar la energía de la luz solar para dividir las moléculas del agua y liberar hidrógeno lo cual promete ser un combustible limpio y libre de carbono para el futuro. Una de las razones para que este enfoque no halla sido aprovechado para la producción de combustible es que en circunstancias normales, la producción de hidrógeno toma un segundo plano en la producción de compuestos que los organismos utilizan para apoyar su propio crecimiento.
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| El investigador Iftach Yacoby tiene ampollas que contienen dos de los materiales utilizados en la investigación: A la derecha membranas fotosintéticas verdes derivadas de plantas, y a la izquierda, proteína ferredoxina marrón, una de las dos enzimas que el equipo combinó para aumentar la producción de hidrógeno. Foto: Patrick Gillooly |
Pero Shuguang Zhang, director asociado del Centro del MIT para la Ingeniería Biomédica, y los postdoctorados Iftach Yacoby y Sergii Pochekailov, junto con colegas de la Universidad de Tel Aviv en Israel y en el National Renewable Energy Laboratory en Colorado, han encontrado una manera de utilizar las proteínas producidas por bioingeniería para cambiar esta preferencia, lo que permitiria producir más hidrógeno.
"Las algas no están realmente interesadas en la producción de hidrógeno, lo que quieren es producir azúcar ", dice Yacoby - el azúcar es lo que necesitan para su propia supervivencia, y el hidrógeno es sólo un subproducto. Sin embargo, una enzima que induce a llevar a cabo múltiples tareas, introducida en el líquido, donde las algas están trabajando, tanto suprime la producción de azúcar como redirecciona las energías de estos organismos en la producción de hidrógeno. El trabajo se describe en un documento que se publicó en línea en los Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Con la adición de enzimas transgénicas se aumenta la tasa de producción de hidrógeno de las algas en alrededor de un 400 por ciento, dice Yacoby. La producción de azúcar se suprime pero no es eliminada, explica, porque "si se baja a cero, se acabaría con el organismo."
El estudio demostró por primera vez cómo los dos procesos llevados a cabo por las algas compiten entre sí, sino que también muestra la forma en que la competencia podría ser modificado para favorecer la producción de hidrógeno en un entorno de laboratorio. Zhang y Yacoby planifican seguir desarrollando el sistema para aumentar su eficiencia de producción de hidrógeno.
"Es un paso más hacia un proceso industrial", dice Zhang. "En primer lugar, usted tiene que entender la ciencia" - que se ha logrado a través de este trabajo experimental. Ahora, el desarrollo posterior, - a través de refinamientos para producir un sistema comercial viable para la fabricación de combustible de hidrógeno - es "una cuestión de tiempo y dinero", dice Zhang.
En última instancia, tal sistema podría ser utilizado para producir hidrógeno a gran escala utilizando agua y la luz solar. El hidrógeno puede utilizarse directamente para generar electricidad en una pila de combustible o de alimentación del vehículo, o podría combinarse con el dióxido de carbono para formar metano y otros combustibles de una manera renovable, carbono neutro, dicen los investigadores.
Bengt Norden, jefe del departamento de química física en la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gothenburg, Suecia, dice: "Los resultados son convincentes, aunque es difícil de juzgar, en esta etapa, la utilidad de este sistema podría ser con fines energéticos prácticos."
Norden, añade, "El hidrógeno será sin duda el combustible del futuro", ya sea en forma pura o en combinación para hacer metano. Este método particular de hacer hidrógeno, dice, "es un sistema simple y de bio-inspiración respetuoso del medio ambiente."
A largo plazo, "la única forma viable para producir energía renovable es utilizar el sol, [o] para generar electricidad o en una reacción bioquímica para producir hidrógeno", dice Yacoby. "Creo que no hay una solución", añade, pero más bien muchos enfoques diferentes en función de la ubicación y los usos finales.
Este enfoque particular, dice, es bastante simple que promete "no sólo para los países industrializados, sino que en los países en desarrollo también" como fuente de combustible barato. Las algas son necesarias para que el proceso exista en todas partes en la Tierra, y no hay materiales tóxicos involucrados en ninguna parte del proceso, dice.
"La belleza está en su simplicidad", dice.
Más información: Photosynthetic electron partitioning between [FeFe]-hydrogenase and ferredoxin:NADP+-oxidoreductase (FNR) enzymes in vitro, PNAS, ublicado en línea antes de imprimir 23 de mayo 2011.Fuente: PNAS, Physorg
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