Uno de los grandes problemas con los sistemas de energía sostenible es cómo almacenar la electricidad generada por el viento, la energía solar y las olas. En la actualidad, 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 pueden tomar prestado un electrón de la electricidad solar o eólica y usar 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 podrían 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 de apoyo y otros serán roles importantes, y nosotros '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 .
Agregar elementos de ingeniería eléctrica sintéticos o no biológicos podría hacer que este enfoque sea aún más productivo y eficiente que los microbios solos. Al mismo tiempo, tener muchas opciones también crea demasiadas opciones de ingeniería. El estudio proporciona información para determinar el mejor diseñosegún las necesidades
"Estamos sugiriendo un nuevo enfoque donde unimos ingeniería electroquímica biológica y no biológica para crear un nuevo método para almacenar energía", dijo Farshid Salimijazi, un estudiante graduado en el laboratorio de Barstow y el primer autor del artículo.
La fotosíntesis natural ya ofrece un ejemplo para almacenar energía solar a gran escala y convertirla en biocombustibles en un circuito cerrado de carbono. Captura aproximadamente seis veces más energía solar en un año que toda la civilización usa al mismo tiempo. Pero, la fotosíntesis es realmente ineficiente para captar la luz solar, ya que absorbe menos del uno por ciento de la energía que golpea las células fotosintéticas.
Los microbios electroactivos nos permiten reemplazar la recolección de luz biológica con energía fotovoltaica. Estos microbios pueden absorber la electricidad en su metabolismo y usar esta energía para convertir CO2 en biocombustibles. El enfoque es muy prometedor para hacer biocombustibles con mayor eficiencia.
Los microbios electroactivos también permiten el uso de otros tipos de electricidad renovable, no solo la electricidad solar, para impulsar estas conversiones. Además, algunas especies de microbios modificados genéticamente pueden crear bioplásticos que podrían enterrarse, eliminando así el dióxido de carbono un gas de efecto invernaderodel aire y secuestrarlo en el suelo. Las bacterias podrían ser diseñadas para revertir el proceso, convirtiendo un bioplástico o biocombustible nuevamente en electricidad. Estas interacciones pueden ocurrir a temperatura y presión ambiente, lo cual es importante para la eficiencia.
Los autores señalan que los métodos no biológicos para usar electricidad para la fijación de carbono asimilando 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 crearlos tipos de moléculas complejas necesarias para los biocombustibles y los polímeros. Los microbios electroactivos diseñados podrían diseñarse para convertir estas moléculas simples en moléculas 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 hecho, creemos que definitivamente es posible", dijo Salimijazi.
El documento incluye datos de rendimiento en diseños biológicos y electroquímicos para la fijación de carbono. El estudio actual es "la primera vez que alguien reúne en un lugar todos los datos que necesita para hacer una comparación de manzanas con manzanas de la eficienciade todos estos diferentes modos de fijación de carbono ", dijo Barstow.
En el futuro, los investigadores planean utilizar los datos que han reunido para probar todas las combinaciones posibles de componentes electroquímicos y biológicos, y encontrar las mejores combinaciones de tantas opciones.
El estudio fue apoyado por Cornell y el Fondo Burroughs-Wellcome.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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