Las emisiones contaminantes de CO2 pueden convertirse en combustibles verdes, un concepto en desarrollo y que se enfrenta a retos, aunque dos nuevas investigaciones dieron un paso hacia adelante, con el uso de enzimas, para mejorar la eficiencia de esa transformación.

Por el momento, se trata de una prueba de concepto (que pone a aprueba los aspectos mínimos para asegurar la viabilidad) realizada en laboratorio y que se describe en dos estudios que publican hoy PNAS y Nature Chemistry. El equipo encabezado por la Universidad de Cambridge (Reino Unido) desarrolló un concepto eficaz para convertir el dióxido de carbono en combustibles limpios y sostenibles, sin subproductos ni residuos indeseados.

Esta universidad ya había demostrado previamente que los catalizadores biológicos, o enzimas pueden producir combustibles de forma limpia utilizando fuentes de energía renovables, pero con una baja eficiencia. Ahora han logrado mejorar 18 veces la eficiencia de la producción de combustible en un entorno de laboratorio. La prueba se basa en enzimas aisladas de bacterias para impulsar las reacciones químicas que convierten el CO2 en combustible, un proceso llamado electrólisis.

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Las enzimas son más eficaces que otros catalizadores, como el oro, pero son muy sensibles a su entorno químico local y si no es exactamente el adecuado se deshacen y las reacciones químicas son lentas. Los investigadores de Cambridge, en colaboración con un equipo de la Universidad Nova de Lisboa, desarrollaron un método para mejorar la eficacia de la electrólisis mediante el ajuste de las condiciones de la solución para alterar el entorno local de las enzimas.

“Las enzimas han evolucionado a lo largo de millones de años para ser extremadamente eficientes y selectivas, y son excelentes para la producción de combustible porque no hay subproductos no deseados”, dijo Esther Edwardes Moore del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, primera autora del artículo de PNAS.

“La sensibilidad de las enzimas plantea una serie de retos”, pero este método tiene en cuenta esta sensibilidad, “de modo que el entorno local se ajusta a las condiciones de trabajo ideales de la enzima”, agregó.

Los investigadores utilizaron métodos computacionales para diseñar un sistema que mejorara la electrólisis del CO2, y con el sistema basado en enzimas el nivel de producción de combustible se multiplicó por 18 en comparación con la solución de referencia actual. Para mejorar aún más el entorno local, el equipo demostró cómo dos enzimas pueden trabajar juntas, una produciendo combustible y la otra controlando el entorno.

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“Terminamos con el combustible que queríamos, sin productos secundarios y con pérdidas de energía marginales, produciendo combustibles limpios con la máxima eficiencia”, destacó Sam Cobb, primer autor del artículo de Nature Chemistry.

“Inspirarnos en la biología nos ayudará a desarrollar mejores sistemas de catalizadores sintéticos, que es lo que necesitaremos si queremos desplegar la electrólisis de CO2 a gran escala».

Una vez que se consiga fabricar mejores catalizadores, “muchos de los problemas de la electrólisis del CO2 desaparecerán”, agregó Cobb. Edwardes dijo que una vez que se diseñó el concepto, “la mejora del rendimiento fue sorprendente” y, aunque al equipo le preocupaba pasar años intentando entender lo que ocurría a nivel molecular, una vez que apreciaron realmente la influencia del entorno local, “evolucionó muy rápidamente».

El equipo quiere utilizar lo aprendido para abordar algunos problemas con los catalizadores actuales, como el uso de CO2 directamente del aire, ya que “son condiciones en las que las propiedades de las enzimas como catalizadores ideales pueden brillar realmente”, dijo Cobb.