Diseño de bacterias inspiradas en los corales para producir cemento neutro en carbono
Publicado originalmente por Sari Vegendal, Universidad Técnica de Dinamarca, el 9 de marzo de 2023
Estas bacterias, diseñadas por investigadores, pueden ayudar a resolver uno de los grandes desafíos del CO2 en la industria de la construcción. Foto: Thomas Steen Sørensen
La construcción de nuevos edificios es a menudo motivo de celebración, pero es una celebración que puede quedar empañada cuando se observa la huella climática de la industria de la construcción, una de las más altas del mundo.
Solo en 2021, la producción de cemento de la industria supuso una emisión de 2.900 millones de toneladas de CO2, lo que supone más de un 7% de las emisiones globales totales de CO2. Estas emisiones se producen cuando se calienta el cemento, que a elevadas temperaturas libera CO2.
La postdoctorada Colleen Varaidzo Manyumwa y el doctorando en Ciencias (Ph.D.) Chenxi Zhang están trabajando para resolver este problema, inicialmente a nivel micro. Al transferir genes de microorganismos a un tipo de bacteria particularmente resistente, han logrado que las bacterias produzcan una enzima con una propiedad muy especial. Esta enzima puede unir rápida y eficientemente el CO2 a la piedra caliza, o carbonato de calcio, que es uno de los ingredientes principales del cemento.
"El proceso puede observarse en la naturaleza, donde los corales oceánicos también capturan CO2, si bien es un proceso muy lento que puede llevar siglos. Con nuestra enzima, solo toma unos minutos", dice Colleen Manyumwa.
Los investigadores ahora están trabajando para hacer que la producción de la enzima sea aún más eficiente, de forma que su solución puede eventualmente ampliarse e implementarse en la industria. El objetivo es que las fábricas de cemento tengan un biorreactor, también llamado fábrica de células, con bacterias especialmente diseñadas para garantizar que el CO2 emitido sea capturado, en lugar de filtrarse a la atmósfera.
"Funcionará un poco como un círculo verde: la fábrica liberará CO2 durante el calentamiento del cemento, que será recogido en el biorreactor, donde el CO2 se unirá al carbonato de calcio. Después la fábrica recalentará el carbonato de calcio para hacer cemento nuevo y una vez más capturaremos el CO2 liberado ", dice Chenxi Zhang.
Los corales como fuente de inspiración
La ambición de encontrar una solución circular para capturar CO2 de una industria contaminante está lejos de ser única. Pero la tecnología en la que los investigadores están trabajando es muy única y aún no está patentada.
El profesor Ivan Mijakovic, jefe del equipo, y que fue de quién partió la idea original para el proyecto, explica: "Otros biólogos suelen tratar de diseñar bacterias que imitan la fotosíntesis, por la que las plantas capturan CO2 del aire y lo convierten en azúcar. El problema es que esto es muy difícil de hacer. Por esta razón, decidimos buscar otra vía y pensamos 'Olvídate de las plantas, queremos imitar a los corales'".
De la misma forma que las plantas terrestres capturan CO2 del aire, los corales del océano también capturan CO2 cuando están construyendo las elaboradas estructuras que conocemos como arrecifes de coral. El CO2 se captura en la construcción marítima, por así decirlo, que está hecha de carbonato de calcio, al igual que el cemento.
"Hemos modificado genéticamente las bacterias para que se comporten como corales oceánicos. Nuestras bacterias también crecen bajo el agua y, cuando la solución se amplíe, la fábrica de células dentro del biorreactor también tendrá que ser líquido", dice Ivan Mijakovic .
Los investigadores ya saben que esto supone requisitos especiales para el biorreactor porque mientras que la fábrica de células es líquida, el carbonato de calcio formado en el reactor es un material sólido. Por lo tanto, en la fase de diseño, es importante tener en cuenta el hecho de que la piedra caliza sólida ha de poder transportarse de manera fácil y eficiente fuera del reactor.
Enorme potencial
Hasta ahora, la solución solo ha demostrado ser efectiva en laboratorio, lo que significa que aún se requieren muchas pruebas para conocer más datos sobre el proceso, antes de que los investigadores puedan proceder a su aplicación en la industria.
El principal desafío es hacer que las bacterias sean lo suficientemente resistentes como para soportar el ambiente hostil y las altas temperaturas a las que estarán sometidas en la industria. Si los investigadores tienen éxito con el proyecto, el potencial es enorme.
"Hemos creado un producto que inicialmente puede ser extremadamente valioso para la industria de la construcción. Pero como podemos crear carbonato de calcio con nuestras bacterias, también podemos crear otros carbonatos que se pueden utilizar, por ejemplo, en la industria farmacéutica o en la industria papelera. El potencial es realmente enorme", dice Colleen Manyumwa.
Aunque todavía será necesario recorrer un largo camino desde la fase actual de pruebas de laboratorio hasta el objetivo final, se encuentra fuertemente motivada por el amplio espectro de aplicaciones posibles a partir de su investigación.
"La innovación siempre es un desafío, y algunos días son definitivamente más fáciles que otros. Pero creo que, dentro de unos años, esta solución existirá como uno de los posibles métodos para eliminar el CO2 de la atmósfera y ayudar a frenar el cambio climático", dice la postdoctorada Manyumwa.
https://phys.org/news/2023-03-bacteria-corals-carbon-neutral-cement-production.html
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