Los combustibles fósiles son un gran problema para el medio ambiente. Lo sé, noticia de última hora. Pero aunque hablamos mucho sobre energía solar, autos eléctricos y demás, para algunas industrias no hay muchas alternativas viables. Esto es particularmente cierto para la industria aeroespacial, donde cada bit de peso tiene un valor superior, y la alta densidad de energía del queroseno y otros combustibles para aviones los hace ideales para este trabajo, pero también difíciles de reemplazar.
Buscando llenar este vacío, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el Instituto Conjunto de Bioenergía, el Laboratorio Nacional Sandia, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y la Universidad de California Berkeley, jugaron con una bacteria y la manipularon para que produjera una molécula de alta densidad y energía que se puede usar para producir combustible renovable para aviones, muy similar a cómo se fabrican algunos vehículos que funcionan con biodiesel hoy en día.
“Nos motivó la necesidad urgente de combustibles alternativos que puedan reemplazar los combustibles derivados del petróleo. Creemos que este es un paso muy importante para frenar el ritmo del cambio climático”, dijo a ZME Science Pablo Cruz-Morales, microbiólogo de DTU Biosustain, parte de la Universidad Técnica de Dinamarca, y autor del nuevo estudio.
“Es posible fabricar combustibles policiclopropanados (combustibles con múltiples motivos de carbono en forma de triángulo) utilizando bacterias. Esto implica que estos combustibles, que son muy difíciles de hacer con la química tradicional, puedan fabricarse mediante procesos de fermentación de manera sustentable”, agregó.
Los investigadores comenzaron a explorar formas de hacer combustible para aviones a partir de bacterias después de que Jay Keasling, ingeniero químico de la Universidad de California, Berkeley, se acercó a Cruz-Morales con lo que llamó “una idea explosiva”.
Keasling tenía el ojo puesto en la molécula jawsamicina (curiosamente llamada así por la película “Tiburón” debido a sus hendiduras similares a mordeduras) que tiene cinco anillos de ciclopropano quirales. Esta molécula ha ganado mucha atención debido a su fuerte actividad antifúngica, dirigida a una enzima clave en la construcción de la pared celular fúngica. Sin embargo, esta vez, los investigadores no estaban interesados en las posibles aplicaciones para la salud de la molécula en la lucha contra los patógenos, sino en su perfil de alta densidad de energía.
La Jawsamicina es producida por bacterias comunes del suelo del género Streptomyces, que, por cierto, también liberan moléculas que son responsables del olor a tierra del suelo. “Huelen como lluvia fresca en el bosque”, me dijo Cruz-Morales. A medida que las bacterias consumen glucosa y aminoácidos, los descomponen, convirtiendo los alimentos en componentes básicos para los enlaces carbono-carbono, de forma similar a como el cuerpo humano produce y almacena grasa.
Estos enlaces de carbono están dispuestos como anillos de ciclopropano de tres átomos de carbono dispuestos en forma triangular. Esta forma hace que el enlace se doble, lo que requiere energía. Pero a pesar de sus atractivas propiedades, la jawasamicina es difícil de producir. Sirviendo como inspiración, los investigadores identificaron y manipularon los genes responsables de producir la jawasamicina y sintetizaron una nueva molécula de carbono.
“De hecho, lo llamamos fuelimicina (sé que es un nombre tonto). Es especial porque presenta múltiples anillos de tres carbonos, estos anillos son muy difíciles de hacer con química. El hecho de que tales moléculas existan naturalmente es un testimonio del asombroso poder de la naturaleza”, dijo Cruz-Morales.
“Esto es importante más allá de las llamativas aplicaciones de cohetes porque hasta ahora no hay opciones prácticas para el reemplazo de RP-1 (usado en naves espaciales), jet-A (usado en aviones comerciales) y gasoil (usado en el transporte marítimo) que son aplicaciones que demandan energía con limitaciones de espacio. Por ejemplo, un cohete pierde eficiencia si transporta un gran volumen de combustible como el hidrógeno-oxígeno utilizado en el transbordador espacial, un avión eléctrico no puede transportar una batería enorme necesaria para cruzar los océanos, un barco de transporte no puede cruzar el Atlántico solo en electricidad, y si se usa energía nuclear, puede representar un riesgo ambiental o de seguridad nacional”, agregó.
Esta molécula entonces tendría que ser tratada como lo hacemos con el biodiesel hoy en día para que pueda encenderse a temperaturas más bajas. Cuando se enciende, el biocombustible resultante generaría suficiente energía para enviar cohetes al espacio. El desafío en este momento es producir esta molécula de ciclopropano de alta densidad de energía a escala.
“Hay muchos desafíos que uno enfrenta al escalar cualquier proceso biológico para la producción de cualquier producto. Estos desafíos incluyen aumentar el título, la tasa y el rendimiento, así como lograr que las bacterias se comporten a gran escala (cientos de miles a millones de litros de tanque de fermentación) como lo hacen en el laboratorio (a pequeña escala)”, dijo Cruz-Morales.
Los hallazgos aparecieron en la revista Joule.
Fuente: ZME Science.
