Uno de los grandes problemas de los sistemas de energía sostenible es cómo almacenar la electricidad que se genera a partir del viento, solar y olas. En el presente, ninguna tecnología existente proporciona almacenamiento a gran escala y recuperación de energía para energía sostenible a un bajo costo financiero y ambiental.

Los microbios electroactivos diseñados podrían ser parte de la solución; estos microbios son capaces de tomar prestado un electrón de la electricidad solar o eólica y utilizar la energía para separar las moléculas de dióxido de carbono del aire. Los microbios pueden tomar los átomos de carbono para producir biocombustibles, como isobutanol o propanol, que podría quemarse en un generador o agregarse a la gasolina, por ejemplo.

"Creemos que la biología juega un papel importante en la creación de una infraestructura energética sostenible, "dijo Buz Barstow, profesor asistente de ingeniería biológica y ambiental en la Universidad de Cornell. "Algunos roles serán roles secundarios y algunos serán roles principales, y estamos tratando de encontrar todos esos lugares donde la biología puede funcionar ".

Barstow es el autor principal de "Almacenamiento de energía eléctrica con sistemas biológicos de ingeniería, "publicado en el Revista de Ingeniería Biológica .

La adición de elementos de ingeniería eléctrica (sintéticos o no biológicos) podría hacer que este enfoque sea aún más productivo y eficiente que los microbios por sí solos. Al mismo tiempo, tener muchas opciones también crea demasiadas opciones de ingeniería. El estudio proporciona información para determinar el mejor diseño en función de las necesidades.

"Estamos sugiriendo un nuevo enfoque en el que unimos ingeniería electroquímica biológica y no biológica para crear un nuevo método para almacenar energía, "dijo Farshid Salimijazi, estudiante de posgrado en el laboratorio de Barstow y primer autor del artículo.

La fotosíntesis natural ya ofrece un ejemplo de almacenamiento de energía solar a gran escala, y convertirlo en biocombustibles en un circuito cerrado de carbono. Captura aproximadamente seis veces más energía solar en un año que la que usa toda la civilización durante el mismo tiempo. Pero, la fotosíntesis es realmente ineficaz para captar la luz solar, absorbiendo menos del uno por ciento de la energía que llega a las células fotosintetizadas.

Los microbios electroactivos nos permiten reemplazar la recolección de luz biológica con energía fotovoltaica. Estos microbios pueden absorber electricidad en su metabolismo y utilizar esta energía para convertir CO2 en biocombustibles. El enfoque es muy prometedor para producir biocombustibles con mayor eficiencia.

Los microbios electroactivos también permiten el uso de otros tipos de electricidad renovable, no solo electricidad solar, para impulsar estas conversiones. También, algunas especies de microbios modificados pueden crear bioplásticos que podrían ser enterrados, eliminando así el dióxido de carbono (un gas de efecto invernadero) del aire y secándolo en el suelo. Las bacterias podrían diseñarse para revertir el proceso, convirtiendo un bioplástico o biocombustible de nuevo en electricidad. Todas estas interacciones pueden ocurrir a temperatura y presión ambiente, que es importante para la eficiencia.

Los autores señalan que los métodos no biológicos para utilizar la electricidad para la fijación de carbono (asimilar el carbono del CO2 en compuestos orgánicos, como los biocombustibles) están comenzando a igualar e incluso superar las capacidades de los microbios. Sin embargo, Las tecnologías electroquímicas no son buenas para crear los tipos de moléculas complejas necesarias para biocombustibles y polímeros. Se podrían diseñar microbios electroactivos diseñados para convertir estas moléculas simples en otras mucho más complicadas.

Las combinaciones de microbios diseñados y sistemas electroquímicos podrían exceder en gran medida la eficiencia de la fotosíntesis. Por estas razones, un diseño que combina los dos sistemas ofrece la solución más prometedora para el almacenamiento de energía, según los autores.

"De los cálculos que hemos realizado, creemos que definitivamente es posible, "Dijo Salimijazi.

El documento incluye datos de rendimiento sobre diseños biológicos y electroquímicos para la fijación de carbono. El estudio actual es "la primera vez que alguien ha reunido en un solo lugar todos los datos que necesita para hacer una comparación de manzanas con manzanas de la eficiencia de todos estos diferentes modos de fijación de carbono, "Dijo Barstow.

En el futuro, los investigadores planean usar los datos que han reunido para probar todas las combinaciones posibles de componentes electroquímicos y biológicos, y encuentre las mejores combinaciones entre tantas opciones.

Erika Parra, director de MultiPHY Laboratories, C ª., es coautor del artículo.