Las bacterias púrpuras están preparadas para convertir su inodoro en una fuente de energía y material orgánico utilizable. Las aguas residuales domésticas y las aguas residuales industriales son muy ricas en compuestos orgánicos, y los compuestos orgánicos pueden ser muy útiles. Pero hay una trampa: todavía no conocemos ninguna forma eficaz de extraerlos de la sustancia viscosa. De modo que estos líquidos cargados de recursos se tratan y el material que contienen se manipula como contaminante. Una nueva investigación planea abordar este problema y, además, utilizar una solución rentable y respetuosa con el medio ambiente.
El futuro es púrpura (y bacteriano)
“Uno de los problemas más importantes de las plantas de tratamiento de aguas residuales actuales son las altas emisiones de carbono”, dice el coautor Dr. Daniel Puyol de la Universidad Rey Juan Carlos, España.
“Nuestro proceso de biorrefinería basado en la luz podría proporcionar un medio para cosechar energía verde de las aguas residuales, con una huella de carbono cero”.
El estudio es el primer esfuerzo para aplicar bacterias fototróficas púrpuras (fototróficas significa que absorben fotones, es decir, luz, mientras se alimentan) junto con estimulación eléctrica para la recuperación de desechos orgánicos. El equipo demostró que este enfoque puede recuperar hasta el 100% del carbono en cualquier tipo de residuo orgánico, proporcionando gas hidrógeno a cambio, lo cual es muy bueno, ya que el gas hidrógeno se puede utilizar para crear células de energía o energía directamente.
Aunque el verde es el color del cartel para la fotosíntesis, está lejos de ser el único. El papel de la clorofila es absorber energía de la luz; percibimos esta absorción como color. La clorofila verde, por ejemplo, absorbe las longitudes de onda que percibimos como rojas (que se encuentran frente al verde en la rueda de colores). Si alguna vez has jugado con la función de corrección de color en el software gráfico (al estilo de Photoshop, por ejemplo), sabes que eliminar los rojos en una imagen hará que parezca verde. Aquí se aplica el mismo principio.
Las plantas son generalmente verdes porque las longitudes de onda rojas transportan la mayor cantidad de energía, y las plantas necesitan energía para crear moléculas orgánicas. Pero la sustancia viene en todo tipo de colores en una variedad de organismos diferentes. Las bacterias fototróficas también capturan energía de la luz solar, pero utilizan una gama diferente de pigmentos, desde naranja, rojos y marrones, hasta tonos de púrpura, para el trabajo. Sin embargo, el color en sí no es importante aquí.
“Las bacterias fototróficas de color púrpura son una herramienta ideal para la recuperación de recursos de los residuos orgánicos, gracias a su metabolismo altamente diverso”, explica Puyol.
Estas bacterias utilizan moléculas orgánicas y gas nitrógeno en lugar de CO2 y agua como alimento. Esto proporciona todo el carbono, los electrones y el nitrógeno que necesitan para la fotosíntesis. El resultado final es que tienden a crecer más rápido que otras bacterias o algas fototróficas y generan gas hidrógeno, proteínas y un tipo de poliéster biodegradable como desecho.
Pero lo que realmente selló el trato para el equipo es que pueden decidir cuáles de estos productos de desecho producen las bacterias. Dependiendo de las condiciones ambientales como la intensidad de la luz, la temperatura y los nutrientes disponibles, uno de estos productos predominará en el material que excretan. El equipo duplicó esta propiedad al inundar el medio ambiente de las bacterias con electricidad.
“Nuestro grupo manipula estas condiciones para ajustar el metabolismo de las bacterias púrpuras a diferentes aplicaciones, según la fuente de residuos orgánicos y los requisitos del mercado”, dice el coautor, el profesor Abraham Esteve-Núñez de la Universidad de Alcalá, España.
“Pero lo que es único en nuestro enfoque es el uso de una corriente eléctrica externa para optimizar la producción productiva de bacterias púrpuras”.
Este concepto, un “sistema bioelectroquímico”, funciona porque todas las vías metabólicas de las bacterias púrpuras utilizan electrones como portadores de energía. Usan electrones cuando capturan luz, por ejemplo. Por otro lado, convertir el nitrógeno en amoníaco libera electrones, que las bacterias necesitan para disipar. Al aplicar una corriente eléctrica a las bacterias (es decir, bombeando electrones a su entorno) o extrayendo electrones, el equipo puede hacer que las bacterias cambien de un proceso a otro. También ayuda a mejorar la eficiencia general de ambos procesos (consulta el principio de Le Chatelier).
El equipo incluyó un análisis de las condiciones óptimas para la producción de hidrógeno en el papel (se basa en una mezcla de especies de bacterias púrpuras). También probaron el efecto de una corriente negativa (electrones suministrados por electrodos metálicos en el medio de crecimiento) sobre el comportamiento metabólico de las bacterias.
Su primer hallazgo clave fue que la mezcla de nutrientes que alimentaba la tasa más alta de producción de hidrógeno también minimizaba la producción de CO2, lo que permitiría a las bacterias recuperar biocombustible de las aguas residuales con una huella de carbono baja, explica el equipo. El experimento de corriente negativa demostró que estas bacterias pueden usar electrones catódicos para realizar la fotosíntesis.
Fuente: ZME Science.
