Los investigadores han construido diminutos ‘rascacielos’ para comunidades de bacterias, ayud\u00e1ndolas a generar electricidad a partir de la luz solar y el agua. Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, utilizaron la impresi\u00f3n 3D para crear cuadr\u00edculas de ‘nano-viviendas’ de gran altura donde las bacterias amantes del sol pueden crecer r\u00e1pidamente. Luego, los investigadores pudieron extraer los electrones de desecho de las bacterias, sobrantes de la fotos\u00edntesis, que podr\u00edan usarse para alimentar peque\u00f1os dispositivos electr\u00f3nicos.<\/p>\n\n\n\n
Otros equipos de investigaci\u00f3n han extra\u00eddo energ\u00eda de las bacterias fotosint\u00e9ticas, pero los investigadores de Cambridge han descubierto que proporcionarles el tipo de hogar adecuado aumenta la cantidad de energ\u00eda que pueden extraer en m\u00e1s de un orden de magnitud. El enfoque es competitivo frente a los m\u00e9todos tradicionales de generaci\u00f3n de bioenerg\u00eda renovable y ya ha alcanzado eficiencias de conversi\u00f3n solar que pueden superar a muchos m\u00e9todos actuales de generaci\u00f3n de biocombustibles.<\/p>\n\n\n\n
Sus resultados, publicados en la revista Nature Materials, abren nuevos caminos en la generaci\u00f3n de bioenerg\u00eda y sugieren que las fuentes de energ\u00eda solar ‘bioh\u00edbridas’ podr\u00edan ser un componente importante en la combinaci\u00f3n energ\u00e9tica sin carbono. Las tecnolog\u00edas renovables actuales, como las c\u00e9lulas solares a base de silicio y los biocombustibles, son muy superiores a los combustibles f\u00f3siles en t\u00e9rminos de emisiones de carbono, pero tambi\u00e9n tienen limitaciones, como la dependencia de la miner\u00eda, los desaf\u00edos del reciclaje y la dependencia de la agricultura y uso de la tierra, lo que resulta en la p\u00e9rdida de biodiversidad.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestro enfoque es un paso hacia la fabricaci\u00f3n de dispositivos de energ\u00eda renovable a\u00fan m\u00e1s sostenibles para el futuro”, dijo la Dra. Jenny Zhang del Departamento de Qu\u00edmica de Yusuf Hamied, quien dirigi\u00f3 la investigaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Zhang y sus colegas del Departamento de Bioqu\u00edmica y el Departamento de Ciencia de los Materiales y Metalurgia est\u00e1n trabajando para repensar la bioenerg\u00eda en algo que sea sostenible y escalable. Las bacterias fotosint\u00e9ticas, o cianobacterias, son la forma de vida m\u00e1s abundante en la Tierra. Durante varios a\u00f1os, los investigadores han intentado “reconectar” los mecanismos de fotos\u00edntesis de las cianobacterias para extraer energ\u00eda de ellas.<\/p>\n\n\n\n
“Ha habido un cuello de botella en t\u00e9rminos de cu\u00e1nta energ\u00eda se puede extraer realmente de los sistemas fotosint\u00e9ticos, pero nadie entendi\u00f3 d\u00f3nde estaba el cuello de botella”, dijo Zhang. “La mayor\u00eda de los cient\u00edficos asumieron que el cuello de botella estaba en el lado biol\u00f3gico, en las bacterias, pero hemos encontrado que un cuello de botella sustancial est\u00e1 en realidad en el lado material”.<\/p>\n\n\n\n
Para crecer, las cianobacterias necesitan mucha luz solar, como la superficie de un lago en verano. Y para extraer la energ\u00eda que producen a trav\u00e9s de la fotos\u00edntesis, las bacterias necesitan estar unidas a electrodos.<\/p>\n\n\n\n
El equipo de Cambridge imprimi\u00f3 en 3D electrodos personalizados a partir de nanopart\u00edculas de \u00f3xido met\u00e1lico que est\u00e1n dise\u00f1ados para trabajar con las cianobacterias mientras realizan la fotos\u00edntesis. Los electrodos se imprimieron como estructuras de pilares altamente ramificadas y densamente pobladas, como una peque\u00f1a ciudad. El equipo de Zhang desarroll\u00f3 una t\u00e9cnica de impresi\u00f3n que permite controlar m\u00faltiples escalas de longitud, lo que hace que las estructuras sean altamente personalizables, lo que podr\u00eda beneficiar a una amplia gama de campos.<\/p>\n\n\n\n
“Los electrodos tienen excelentes propiedades de manejo de la luz, como un apartamento de gran altura con muchas ventanas”, dijo Zhang. “Las cianobacterias necesitan algo a lo que puedan adherirse y formar una comunidad con sus vecinos. Nuestros electrodos permiten un equilibrio entre mucha superficie y mucha luz, como un rascacielos de cristal”.<\/p>\n\n\n\n
Una vez que las cianobacterias autoensamblables estuvieron en su nuevo hogar ‘cableado’, los investigadores descubrieron que eran m\u00e1s eficientes que otras tecnolog\u00edas bioenerg\u00e9ticas actuales, como los biocombustibles. La t\u00e9cnica aument\u00f3 la cantidad de energ\u00eda extra\u00edda en m\u00e1s de un orden de magnitud con respecto a otros m\u00e9todos para producir bioenerg\u00eda a partir de la fotos\u00edntesis.<\/p>\n\n\n\n
“Me sorprendi\u00f3 que pudi\u00e9ramos lograr los n\u00fameros que hicimos; se han predicho n\u00fameros similares durante muchos a\u00f1os, pero esta es la primera vez que estos n\u00fameros se muestran experimentalmente”, dijo Zhang. “Las cianobacterias son f\u00e1bricas qu\u00edmicas vers\u00e1tiles. Nuestro enfoque nos permite aprovechar su v\u00eda de conversi\u00f3n de energ\u00eda en un punto temprano, lo que nos ayuda a comprender c\u00f3mo llevan a cabo la conversi\u00f3n de energ\u00eda para que podamos usar sus v\u00edas naturales para la generaci\u00f3n de combustibles renovables o qu\u00edmicos”.<\/p>\n\n\n\n