Crean ‘rascacielos’ para que bacterias conviertan luz en electricidad

Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado diminutos ‘rascacielos’ impresos en 3D para las comunidades de bacterias fotosintéticas que convierten la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en energía.

Los investigadores de Cambridge creen que proporcionar a estas comunidades el tipo de hogar adecuado aumenta la cantidad de energía que pueden extraer en más de un orden de magnitud.

Las bacterias fotosintéticas o cianobacterias son las formas de vida más abundantes en la Tierra y necesitan mucha luz solar para crecer, como la superficie del lago en verano. Para extraer la energía que producen a través de la fotosíntesis, las bacterias necesitan estar unidas a electrodos.

“Ha habido un cuello de botella en términos de cuánta energía se puede extraer realmente de los sistemas fotosintéticos, pero nadie entendió dónde estaba el cuello de botella”, dijo la Dra. Jenny Zhang del Departamento de Química de Yusuf Hamied, quien dirigió la investigación . «La mayoría de los científicos asumieron que el cuello de botella estaba en el lado biológico, en las bacterias, pero hemos encontrado que un cuello de botella sustancial está en realidad en el lado material«.

Los investigadores imprimieron en 3D electrodos personalizados a partir de nanopartículas de óxido de metal que están diseñados para trabajar con las cianobacterias mientras realizan la fotosíntesis. Estos electrodos se imprimieron como estructuras de pilares altamente ramificadas y densamente pobladas, como una pequeña ciudad. Los investigadores dicen que los electrodos tienen excelentes propiedades de manejo de la luz, como un apartamento de gran altura con muchas ventanas.

Las cianobacterias necesitan algo a lo que puedan adherirse y formar una comunidad con sus vecinos. Los electrodos permiten un equilibrio entre mucha superficie y mucha luz, como un rascacielos de cristal . Una vez que las cianobacterias autoensamblables estuvieron en su nuevo hogar, el equipo descubrió que eran más eficientes que otras tecnologías bioenergéticas actuales , como los biocombustibles.

El sistema aumentó la cantidad de energía extraída en más de un orden de magnitud con respecto a otros métodos para producir bioenergía a partir de la fotosíntesis. Luego, los investigadores pudieron extraer los electrones de desecho de las bacterias , sobrantes de la fotosíntesis, que podrían usarse para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

«Me sorprendió que pudiéramos lograr los números que logramos; se han predicho números similares durante muchos años, pero esta es la primera vez que estos números se muestran experimentalmente», dijo Zhang. “Las cianobacterias son fábricas químicas versátiles. Nuestro enfoque nos permite aprovechar su ruta de conversión de energía en un punto temprano, lo que nos ayuda a comprender cómo llevan a cabo la conversión de energía para que podamos usar sus rutas naturales para la generación de combustibles renovables o químicos”.

La técnica de impresión del equipo también permite el control sobre múltiples escalas de longitud, lo que hace que las estructuras sean altamente personalizables, lo que podría beneficiar a una amplia gama de campos.