Los investigadores han desarrollado organismos nanobio-híbridos capaces de usar dióxido de carbono y nitrógeno en el aire para producir una variedad de plásticos y combustibles, un primer paso prometedor hacia el secuestro de carbono a bajo costo y la fabricación ecológica de productos químicos.
Los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder han desarrollado organismos nanobio-híbridos capaces de usar dióxido de carbono y nitrógeno en el aire para producir una variedad de plásticos y combustibles, un primer paso prometedor hacia el secuestro de carbono a bajo costo y la fabricación ecológica de productos químicos.
Al usar puntos cuánticos activados por la luz para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas, los investigadores pudieron crear “fábricas vivientes” que consumen CO2 dañino y lo convierten en productos útiles como plástico biodegradable, gasolina, amoníaco y biodiesel.
“La innovación es un testimonio del poder de los procesos bioquímicos”, dijo Prashant Nagpal, autor principal de la investigación y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder. “Estamos estudiando una técnica que podría mejorar la captura de CO2 para combatir el cambio climático y un día incluso podría reemplazar la fabricación intensiva de carbono para plásticos y combustibles”.
El proyecto comenzó en 2013, cuando Nagpal y sus colegas comenzaron a explorar el amplio potencial de los puntos cuánticos nanoscópicos, que son semiconductores diminutos similares a los utilizados en televisores. Los puntos cuánticos se pueden inyectar en las células de forma pasiva y están diseñados para unirse y autoensamblarse a las enzimas deseadas y luego activarlas en el comando utilizando longitudes de onda de luz específicas.
Nagpal quería ver si los puntos cuánticos podrían actuar como una bujía para disparar enzimas particulares dentro de las células microbianas que tienen los medios para convertir el CO2 y el nitrógeno en el aire , pero no lo hacen de forma natural debido a la falta de fotosíntesis.
Al difundir los puntos especialmente adaptados en las células de las especies microbianas comunes que se encuentran en el suelo, Nagpal y sus colegas cerraron la brecha. Ahora, la exposición incluso a pequeñas cantidades de luz solar indirecta activaría el apetito de CO2 de los microbios, sin la necesidad de ninguna fuente de energía o alimento para llevar a cabo las conversiones bioquímicas de uso intensivo de energía.
“Cada celda está produciendo millones de estos químicos y demostramos que podrían superar su rendimiento natural en cerca del 200 por ciento”, dijo Nagpal.
Los microbios, que permanecen latentes en el agua, liberan su producto resultante a la superficie, donde se puede extraer y recolectar para su fabricación. Las diferentes combinaciones de puntos y luz producen diferentes productos: longitudes de onda verdes causan que las bacterias consuman nitrógeno y produzcan amoníaco, mientras que las longitudes de onda más rojas hacen los microbios se alimenten de CO2 para de esta manera, producir plástico y combustibles en lugar.
El proceso también muestra signos prometedores de poder operar a gran escala. El estudio encontró que incluso cuando las fábricas microbianas se activaban constantemente durante horas a la vez, mostraban pocos signos de agotamiento, lo que indica que las células pueden regenerarse y, por lo tanto, limitar la necesidad de rotación.
“Nos sorprendió mucho que funcionara tan elegantemente como lo hizo”, dijo Nagpal. “Estamos empezando con las aplicaciones sintéticas”.
El escenario futurista ideal, dijo Nagpal, sería tener hogares y negocios unifamiliares que canalicen sus emisiones de CO2 directamente a un estanque cercano, donde los microbios las convertirían en un bioplástico. Los propietarios podrían vender el producto resultante por una pequeña ganancia, mientras que esencialmente compensan su propia huella de carbono.
“Incluso si los márgenes son bajos y no pueden competir con los productos petroquímicos sobre la base del costo puro, todavía hay beneficios sociales para hacer esto”, dijo Nagpal. “Si pudiéramos convertir incluso una pequeña fracción de los estanques de zanjas locales, tendría un impacto considerable en la producción de carbono de las ciudades. No sería pedir mucho a las personas que implementen. Muchos ya hacen cerveza en casa, por ejemplo, y esto no es más complicado “.
El enfoque ahora, dijo, cambiará a optimizar el proceso de conversión y atraer nuevos estudiantes de pregrado. Nagpal está buscando convertir el proyecto en un experimento de laboratorio de pregrado en el próximo semestre. El proyecto está financiado por una subvención del Fondo de Excelencia de Ingeniería de Boulder CU.
“Ha sido un largo viaje y su trabajo ha sido invaluable”, dijo. “Creo que estos resultados muestran que valió la pena”.
El nuevo estudio fue publicado recientemente en el Journal of American Chemical Society y los coautores son: Yuchen Ding y John Bertram de CU Boulder; Carrie Eckert del Laboratorio Nacional de Energía Renovable; y Rajesh Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie y Samantha Bryan de la Universidad de Nottingham (Reino Unido).
Noticia de: Sciencedaily.com / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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