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CIENCIA. ¿Transformar el azúcar en hidrocarburos para impulsar los automóviles del futuro?

 

Las bacterias modificadas genéticamente pueden convertir la glucosa en un ácido graso, que luego se puede transformar en hidrocarburos llamados olefinas. Para cultivar tales bacterias, los científicos agregan los microbios a matraces llenos de nutrientes (el caldo amarillo) y los agitan en una incubadora para estimular el flujo de oxígeno, como se muestra aquí. Fuente: Douglas Levere / Universidad de Buffalo

En un nuevo estudio, la bacteria E. coli modificada genéticamente ingiere glucosa y luego ayuda a convertirla en moléculas que se encuentran en la gasolina.

Suena a alquimia moderna: transformar el azúcar en hidrocarburos que se encuentran en la gasolina. Pero eso es exactamente lo que han hecho los científicos.

En un estudio publicado en Nature Chemistry , los investigadores aprovechan las maravillas de la biología y la química para convertir la glucosa (un tipo de azúcar) en olefinas (un tipo de hidrocarburo y uno de los varios tipos de moléculas que componen la gasolina).

El proyecto fue dirigido por los bioquímicos Zhen Q. Wang de la Universidad de Buffalo y Michelle CY Chang de la Universidad de California, Berkeley . El documento, que se publicó el 22 de noviembre de 2021, marca un avance en los esfuerzos para crear biocombustibles sostenibles.

Las olefinas comprenden un pequeño porcentaje de las moléculas en la gasolina tal como se produce actualmente, pero el proceso que el equipo desarrolló probablemente podría ajustarse en el futuro para generar otros tipos de hidrocarburos también, incluidos algunos de los otros componentes de la gasolina. Las olefinas tienen aplicaciones no combustibles, ya que se utilizan en lubricantes industriales y como precursores para la fabricación de plásticos.

Un proceso de dos pasos que utiliza microbios que comen azúcar y un catalizador

Una cepa de E. coli que no pone en peligro la salud humana crece en un frasco lleno de nutrientes (el caldo amarillo). En un estudio, los científicos diseñaron genéticamente tal E. coli para convertir la glucosa en una clase de ácidos grasos, que luego el equipo transformó en un hidrocarburo llamado olefina. Fuente: Douglas Levere / Universidad de Buffalo


Para completar el estudio, los investigadores comenzaron alimentando con glucosa a cepas de E. coli que no representan un peligro para la salud humana. Estos microbios son adictos al azúcar. La E. coli en los experimentos fue diseñada genéticamente para producir un conjunto de cuatro enzimas que convierten la glucosa en compuestos llamados ácidos grasos 3-hidroxi. A medida que las bacterias consumían la glucosa, también comenzaron a producir ácidos grasos.

Para completar la transformación, el equipo utilizó un catalizador llamado pentóxido de niobio (Nb2O5) para cortar partes no deseadas de los ácidos grasos en un proceso químico, generando el producto final: las olefinas.

Los científicos identificaron las enzimas y el catalizador mediante prueba y error, probando diferentes moléculas con propiedades que se prestaban a las tareas en cuestión.

La glucosa proviene de la fotosíntesis, que extrae CO2 del aire

En opinión de los investigadores, la fabricación de biocombustibles a partir de recursos renovables como la glucosa tiene un gran potencial para promover la tecnología de energía verde.

La glucosa es producida por las plantas a través de la fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono (CO2) y el agua, en oxígeno y azúcar. De ahí, la glucosa se transforma en olefinas obtenidas del dióxido de carbono que ha sido extraído de la atmósfera.

Sin embargo, se necesita más investigación para comprender los beneficios del nuevo método y si se puede ampliar de manera eficiente para producir biocombustibles o para otros fines. Una de las primeras preguntas que habrá que responder es cuánta energía consume el proceso de producción de olefinassi el costo de la energía es demasiado alto, la tecnología debería optimizarse para que sea práctica a escala industrial.

Los científicos también están interesados ​​en aumentar el rendimientoActualmente, se necesitan 100 moléculas de glucosa para producir alrededor de 8 moléculas de olefina. Los investigadores creen que habría que mejorar esa proporción, con un enfoque orientado a "persuadir" a la E. coli para que produzca más ácidos grasos 3-hidroxi por cada gramo de glucosa consumido.

Fuente: “A dual cellular–heterogeneous catalyst strategy for the production of olefins from glucose” by Zhen Q. Wang, Heng Song, Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Dae Sung Park, Gaurav Kumar, Yejin Min, Paul J. Dauenhauer and Michelle C. Y. Chang, 22 November 2021, Nature ChemistryDOI: 10.1038/s41557-021-00820-0

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