Las necesidades energéticas mundiales crecen exponencialmente, en la actualidad cerca del 80% de la demanda mundial de energía depende de los combustibles fósiles. Estos combustibles presentan dos problemas principales: son recursos no renovables, por lo que su suministro no está garantizado y generan contaminación ambiental desde su extracción, transformación y combustión. Ésta contaminación es la principal causa del calentamiento global. Está asociada con los cambios de clima, la lluvia ácida, el deterioro de la capa de ozono, el efecto invernadero y ha comenzado a dañar ecosistemas vegetales y acuáticos. Sin embargo, las reservas actuales de combustibles fósiles se agotan vertiginosamente. Se pronostica que en los próximos 50-100 años el petróleo se estará agotando lo que podría llevar a una crisis energética mundial. Por tal motivo el hidrógeno verde y otros combustibles han surgido como alternativas.
¿El hidrógeno como alternativa?
Debido a esto, en los últimos años se ha volcado la atención al hidrógeno, ya que es el elemento más abundante en la tierra y es un combustible limpio y renovable. El gran atractivo del hidrógeno consiste en que ofrece, a largo plazo, un escenario de ciclo energético cerrado y limpio. Posee un alto rendimiento energético (122 KJ/g, 2.75 veces más alto que los combustibles hidrocarbonados), siendo el agua el único producto resultante.
La demanda de hidrógeno no es exclusiva como fuente de energía. Es ampliamente utilizado en las industrias química, de alimentos y en la producción de derivados electrónicos, entre otros, lo que genera una creciente necesidad de producir hidrógeno de una manera sostenible y económicamente viable. Se ha reportado una demanda de más de 50 millones de toneladas anuales, con un crecimiento de más del 10% anual.
Actualmente, alrededor de la mitad del hidrógeno que se produce en el mundo se obtiene de procesos termocatalíticos y de gasificación, los cuales utilizan gas natural como materia prima. Otras fuentes importantes de H2 requieren aceites pesados y naftas. Siguido de la utilización de carbón natural y solo el 4% de H2 es generado a partir de la electrolisis del agua. Sin embargo, algunos de estos procesos requieren de un alto gasto energético y dependen de recursos no renovables. Dadas tales perspectivas, la producción biológica de hidrógeno o hidrógeno verde (biohidrógeno) resulta ser una alternativa como recurso energético sustentable para el futuro.
Producción de hidrógeno verde.
La producción de hidrógeno verde se lleva a cabo mediante diversos microorganismos a partir de biomasa. Los microorganismos producen hidrógeno principalmente por dos rutas: fotosíntesis y fermentación. La fotosíntesis es un proceso dependiente de la luz, incluyendo biofotólisis directa, biofotólisis indirecta y fotofermentación. Por otro lado, la fermentación anaerobia, también conocida como fermentación oscura, es un proceso que no depende de la luz.
En los microorganismos fotosintéticos son dos las enzimas implicadas en la producción de hidrógeno, la hidrogenasa y la nitrogenasa, rutas preferentes de producción de hidrógeno por cianobacterias. Las cianobacterias constituyen un grupo amplio y bien definido de procariontes fotoautótrofos cuya principal característica es la de llevar a cabo una fotosíntesis oxigenica. A este grupo de cianobacterias pertenece Synechocystis sp., una especie unicelular no fijadora de nitrógeno, la cual bajo condiciones especiales produce H2 utilizando a la hidrogenasa reversible como enzima responsable de esta vía metabólica.
¿Synechocystis sp. como la mejor opción para la producción de hidrógeno verde?
El interés en la producción de hidrógeno verde por microorganismos como Synechocystis sp. radica en su potencial como fuente de energía renovable. El hidrógeno es un portador de energía limpio y cuando se utiliza, el único subproducto es el agua, lo que lo hace atractivo desde un punto de vista medioambiental.
Además, la capacidad de estas cianobacterias para crecer en una variedad de condiciones ambientales y su relativa facilidad de cultivo las convierte en candidatos prometedores para la producción de hidrógeno a gran escala. Sin embargo, aún hay desafíos técnicos y económicos que superar para hacer de esta biotecnología una opción viable a nivel industrial.
Reflexión final
Synechocystis sp. representa una vía prometedora y sostenible para la producción de hidrógeno verde. Aunque hay desafíos significativos, los avances en biotecnología y bioingeniería pueden superar estas limitaciones. La inversión en investigación y desarrollo en este campo podría hacer de la producción biológica de hidrógeno una parte crucial de nuestro futuro energético sostenible. La exploración continúa de esta tecnología no solo aborda la necesidad de energías renovables sino que también impulsa la innovación en el campo de la bioenergía.
Referencias
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