Descarbonizar la economía y lograr la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables es uno de los desafíos globales más urgentes del siglo XXI. El hidrógeno puede desempeñar un papel clave en este proceso como un vehículo energético climáticamente neutro prometedor. Sin embargo, la llamada economía verde del hidrógeno requiere que la producción de hidrógeno se base exclusivamente en energías renovables. Además, lo ideal es que no se utilicen catalizadores de metales raros y costosos, cuya producción tiene graves consecuencias medioambientales. Para abordar este desafío, las investigadoras de ITQB NOVA Inês Cardoso Pereira y Mónica Martins, están trabajando en una tecnología innovadora para producir hidrógeno a partir de la luz utilizando microorganismos no fotosintéticos.
El hidrógeno ofrece nuevas y emocionantes posibilidades como vehículo energético, pero la producción de hidrógeno actual todavía se realiza principalmente a partir de combustibles fósiles. Por otro lado, la energía solar es la fuente ideal más abundante y definitiva, entre varias opciones renovables. Por lo tanto, se necesitan con urgencia estrategias sostenibles que utilicen la conversión directa de la energía solar en combustibles valiosos como el hidrógeno.
Este nuevo sistema biohíbrido es un fuerte candidato para el desarrollo de un prototipo de biorreactor para una producción de hidrógeno (H2) más ecológica
En un estudio ahora publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition, estas dos científicas describen un nuevo enfoque basado en sistemas biohíbridos. Este método combina bacterias no fotosintéticas con alto contenido de hidrógeno con nanopartículas semiconductoras de sulfuro de cadmio (CdS) de producción propia que son muy eficientes en la captura de luz. «El desarrollo de biohíbridos es una nueva área de investigación muy interesante, donde podemos combinar la alta eficiencia catalítica y la especificidad de los sistemas biológicos con materiales sintéticos que tienen un desempeño sobresaliente en la captura de energía solar o eléctrica«, destaca Inês Cardoso Pereira, directora del Laboratorio de Metabolismo Energético Bacteriano. «Este campo está creciendo rápidamente y el enfoque más prometedor es combinar microorganismos intactos con nanopartículas producidas en su superficie, lo que permite la transferencia directa de energía entre ellos«.
Las investigadoras analizaron la producción de hidrógeno impulsada por la luz por biohíbridos basados en varias bacterias. Todos los biohíbridos generados produjeron H2 a partir de la luz, pero el que utilizó Desulfovibrio desulfuricans, una bacteria que se encuentra en los suelos, presentó una actividad destacada. Esta bacteria contiene altos niveles de hidrogenasas, las enzimas involucradas en la producción de hidrógeno, y son eficientes en la producción de nanopartículas de sulfuro extracelulares. Estas nanopartículas de producción propia capturan la luz, que la bacteria puede utilizar para producir H2. Los resultados revelan que los híbridos de D. desulfuricans-CdS muestran una alta actividad de producción de H2, una alta estabilidad y una notable eficiencia en el uso directo de la energía solar, incluso en ausencia de mediadores costosos y tóxicos.
El uso de microorganismos y materiales de recolección de luz de producción propia es un enfoque sostenible y de bajo costo para generar combustibles. «Este nuevo sistema biohíbrido es un fuerte candidato para el desarrollo de un prototipo de biorreactor para una producción de H2 más ecológica«, explica Mónica Martins.
Fuente: Angewandte Chemie International Edition.
