El holandés Anton van Leeuwenhoek atestiguó por primera vez la existencia de microorganismos gracias a su invento: el microscopio. Desde entonces, la ciencia ha convertido a estos pequeños seres en actores fundamentales dentro de la industria global. Su capacidad para transformar y descomponer distintas materias primas ha sido la base de tecnologías como la fermentación de precisión, la producción de antibióticos o, incluso, algunos procesos textiles de teñido y blanqueado. Y, de un tiempo a esta parte, también se perfilan como grandes aliados para el sector de las energías renovables.
En este sentido, por ejemplo, ya existen aplicaciones extendidas como la generación de biogás o biocombustibles a partir de purines o residuos biológicos. Y, entre las soluciones más innovadoras, se encuentra una aún poco explorada: la electrosíntesis microbiana.
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«El proceso natural de los microorganismos es utilizar un sustrato, como por ejemplo el metano, para descomponerlo, alimentarse y obtener energía, al tiempo que generan CO2. Pero esta tecnología nos permite que ese proceso vaya en el sentido contrario, es decir, que las bacterias puedan crear combustibles útiles de materiales más simples como el CO2 para aumentar la circularidad de este gas que tan presente está en las industrias. Para lograrlo, aportamos a los microbios energía en forma de electricidad», explica Raquel Garde, investigadora del Departamento de Biomasa de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables).
Dentro de esta área, Garde se encarga del desarrollo de tecnologías Power-To-X, una serie de soluciones que buscan convertir la electricidad renovable en combustibles sintéticos neutros en carbono. Para avanzar en ese objetivo, el centro de investigación puso en marcha la iniciativa e-BIOMEOH que, en colaboración con NAITEC, busca utilizar la electrosíntesis microbiana para convertir CO2 en metanol verde.
«Este compuesto químico se presenta como un complemento importante para aquellas industrias difíciles de descarbonizar, gracias a que posee una gran cantidad de hidrógeno y es líquido, de forma que resulta mucho más fácil de transportar desde lugares lejanos», incide Estibaliz Armendariz, gestora de Proyectos en la Unidad de Mecatrónica de NAITEC. De esta forma, evade los principales desafíos que impone el actual estado tecnológico del hidrógeno verde.
El proyecto, coordinado por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), fue financiado por el Gobierno de Navarra en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.
UN REACTOR QUE FERMENTA CON ELECTRICIDAD
El proyecto se llevó a cabo en cuatro fases diferenciadas. En primer lugar, el equipo de CENER buscó y caracterizó microorganismos con el objetivo de identificar candidatos para el proceso. «En este sentido, nos fijamos en un grupo de microorganismos que se denominan metanótrofos, aquellos que emplean el metano como única fuente de carbono y energía. Su proceso metabólico va pasando por distintas etapas, entre ellas una que genera metanol, hasta producir CO2 al final. La idea era revertir ese proceso con electricidad y detenernos en la etapa del compuesto que nos interesaba», detalla Garde.
Así, ensayaron con cepas puras y mixtas, estas últimas obtenidas de los fangos en las depuradoras de Arazuri y Tudela: «Pero no encontramos entre los metanótrofos un microbio que pudiese hacer lo que queríamos. Así que analizamos alternativas a esta ruta metabólica».
El equipo del proyecto logró escalar el reactor usado para la producción de metanol hasta los 5 litros.
En segundo lugar, e-BIOMEOH se centró en el diseño y la construcción de un reactor para generar el proceso. «La idea era conseguir un equipo en forma de vasija que generase las condiciones correctas para que los microbios pudiesen entrar en contacto con electrodos y generar la reacción. Este punto se logró gracias a unas membranas. Así mismo, creamos un sistema de recirculación para extraer de esa sopa el metanol generado por los microorganismos, porque resulta tóxico para ellos. Queríamos también garantizar una producción continua y así optimizar los costes de este proceso», profundiza Armendariz.
La tercera fase permitió al equipo investigador escalar ese primer prototipo de un litro a uno de cinco. Y, por último, la cuarta buscó validar los hallazgos, cuantificar los costes y calcular la eficiencia de los procesos.
NUEVOS HORIZONTES
La investigación desarrollada por e-BIOMEOH permitió a ambas entidades ampliar sus conocimientos sobre la tecnología de la electrofermentación, así como adquirir nuevas capacidades, según desglosa la gestora de Proyectos de NAITEC: «En nuestro caso, pudimos generar nuevos programas de simulación de actividad microbiana, un campo en el que no habíamos entrado antes. Así mismo, las membranas creadas para este proyecto nos permitió trabajar con materiales que no conocíamos».
Por su parte, el electrofermentador creado en el proyecto puede usarse para todos esos procesos que necesiten un buen contacto entre microorganismos y otras partículas, de forma que es una tecnología versátil. «La iniciativa buscaba generar conocimientos básicos sobre esta solución aún muy desconocida. Y, aunque nos queda un camino largo, hemos dado pasos importantes. Ahora sabemos que los microorganismos que elegimos no son los mejores candidatos, pero existen muchas alternativas aún por estudiar en esta materia y el reactor nos ayudará a probar su eficacia», celebra Garde.
