Descarbonizar la economía y lograr la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables es uno de los desafíos globales más urgentes de nuestra época. El hidrógeno puede desempeñar un papel clave en este proceso. Sin embargo, la llamada economía verde del hidrógeno requiere que la producción del mismo se base exclusivamente en energías renovables. Además, también se tienen que tener en cuenta otras cuestiones que también son relevantes, como el uso de catalizadores metálicos costosos y raros, cuya producción tiene graves consecuencias medioambientales.
Para abordar este desafío, investigadores portugueses del Instituto de Tecnología Química y Biológica António Xavier (ITQB NOVA) están trabajando en una innovadora tecnología que utiliza la luz para producir hidrógeno utilizando microorganismos no fotosintéticos.
En el estudio, recientemente publicado en Angewandte Chemie International Edition, los científicos describen su nuevo enfoque para la producción de hidrógeno en sistema biohíbridos.
Estos combinan bacterias no fotosintéticas de alta producción de hidrógeno con nanopartículas semiconductoras de sulfuro de cadmio (CdS) autoproducidas que son muy eficientes en la captura de la luz.
“El desarrollo de sistemas biohíbridos es una nueva área de investigación muy interesante, donde se puede combinar la alta eficiencia catalítica y especificada de los sistemas biológicos con materiales sintéticos que tiene un rendimiento sobresaliente en la captura de energía solar y eléctrica. Este campo está creciendo rápidamente y el enfoque más prometedor es combinar microorganismos intactos con con nanopartículas producidas en su superficie, lo que permite la transferencia directa de energía entre ellos”, explica Ines Cardoso Pereira, jefa del Laboratorio de Metabolismo de Energía Bactérica.
En el estudio se investiga la producción de hidrógeno impulsado por la luz en sistema biohíbridos basados en varias bacterias. Todos los biohíbridos generados produjeron H2 a partir de la luz, pero el que utiliza Desulfovibrio desulfuricans, una bacteria que se encuentra en los suelos, presentó una actividad excepcional.
Esta bacteria contiene altos niveles de hidrogenasas, las enzimas involucradas en la producción de hidrógeno, y son realmente eficientes en la producción de nanopartículas de sulfuro extracelular. Estas nanopartículas autoproducidas capturan luz, la cual la bacteria puede utilizar para producir hidrógeno. Los resultados revelan que los híbridos D. desulfuricans-CdS muestran una alta actividad de producción de H2, alta estabilidad y una notable eficiencia en el uso directo de la energía solar, incluso en ausencia de mediadores costosos y tóxicos.
Los resultados de esta investigación vienen a demostrar que el uso de microorganismos y materiales de recolección de luz autoproducidos en una aproximación sostenible y de bajo coste para generar combustibles.
El equipo de ITQB NOVA también está estudiando la viabilidad de utilizar sistemas biohíbridos para la reducción de CO2 a compuestos valiosos, contribuyendo aún más a una economía circular a través de una estrategia de descarbonización sostenible.
Créditos de imagen: Inês Cardoso Pereira; Mónica Martins
