«Actualmente, tenemos que enviar metano por tuberías», dijo Thomas K. Wood, titular de la cátedra de biotecnología y profesor de ingeniería química en Penn State. «Cuando se envía metano, libera un gas de efecto invernadero, no podemos eliminar todas las fugas, pero podríamos cortarla por la mitad si no la enviamos a través de largas distancias».
Investigadores han dado el primer paso en la conversión de metano directamente a electricidad utilizando bacterias, de una manera que podría hacerse cerca de los sitios de perforación.
El transporte de metano desde los terminales de gas hasta el mercado proporciona múltiples oportunidades para que este potente gas de efecto invernadero escape a la atmósfera.
«Actualmente, tenemos que enviar metano por tuberías», dijo Thomas K. Wood, titular de la cátedra de biotecnología y profesor de ingeniería química en Penn State. «Cuando se envía metano, libera un gas de efecto invernadero, no podemos eliminar todas las fugas, pero podríamos cortarla por la mitad si no la enviamos a través de largas distancias».
El objetivo de los investigadores es utilizar células de combustible microbianas para convertir metano en electricidad cerca de las cabezas de pozo, eliminando el transporte de larga distancia. Esa meta todavía está lejos en el futuro, pero ahora han creado una célula de combustible accionada por bacterias que puede convertir el metano en pequeñas cantidades de electricidad.
«Durante décadas se ha intentado convertir directamente metano», dijo en un comunicado Wood.»Pero no se ha podido hacerlo con células de combustible microbianas. Hemos diseñado una variedad de bacterias que pueden».
Las células de combustible microbianas convierten la energía química en energía eléctrica usando microorganismos. Pueden funcionar con la mayoría del material orgánico, incluyendo aguas residuales, acetato y residuos de elaboración de cerveza. El metano, sin embargo, causa algunos problemas para las células de combustible microbianas porque, aunque hay bacterias que consumen metano, viven en las profundidades del océano y actualmente no son cultivables en el laboratorio.
«Sabemos de una bacteria que puede producir una enzima de energía que captura el metano», dijo Wood. «No podemos cultivarlas en cautividad, pero miramos el ADN y encontramos algo del fondo del Mar Negro y lo sintetizamos».
Los investigadores realmente crearon un consorcio de bacterias que produce electricidad porque cada bacteria hace su parte del trabajo. Usando enfoques biológicos sintéticos, incluyendo la clonación de ADN, los investigadores crearon una bacteria como las que se encuentran en las profundidades del Mar Negro, pero pueden crecer en el laboratorio. Esta bacteria utiliza metano y produce acetato, electrones y la enzima de energía que captura electrones. Los investigadores también añadieron una mezcla de bacterias encontradas en el lodo de un digestor anaeróbico – el último paso en el tratamiento de residuos. Este lodo contiene bacterias que producen compuestos que pueden transportar electrones a un electrodo, pero estas bacterias necesitan ser aclimatadas al metano para sobrevivir en la célula de combustible. Los resultados de su trabajo se publican en Nature Communications.
«Necesitamos lanzaderas electrónicas en este proceso», dijo Wood. «Las bacterias en el lodo actúan como esos botes.
Una vez que los electrones alcanzan un electrodo, el flujo de electrones produce electricidad. Para aumentar la cantidad de electricidad producida, los investigadores utilizaron un género bacteriano de origen natural -Geobacter- , que consume el acetato creado por las bacterias sintéticas que capturan metano para producir electrones.
Para demostrar que un transbordador de electrones era necesario, los investigadores dirigieron la célula de combustible con sólo las bacterias sintéticas y Geobacter. La pila de combustible no producía electricidad. Añadieron ácidos húmicos – un transbordador de electrones no vivos – y las células de combustible funcionaron. Las bacterias de los lodos son mejores lanzaderas que los ácidos húmicos porque son autosostenibles. Los investigadores han presentado patentes provisionales en este proceso.
«Este proceso hace una gran cantidad de electricidad para una célula de combustible microbiana», dijo Wood. «Sin embargo, en este punto esa cantidad es 1.000 veces menor que la electricidad producida por una pila de combustible de metanol».
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