Nitrogen sintetitzat mitjançant fulles biòniques

De l’article “Genetically engineered microbes make their own fertilizer, could feed the world’s poorest“, d’en Robert F. Service, publicat a Science, i l’article «Harvard’s Bionic Leaf Could Feed the World», publicat a The Harvard Gazette.

Mitjançant el procés químic Haber-Bosch, desenvolupat per dos químics alemanys a principis del segle XX, s’aconsegueix convertir el nitrogen atmosfèric en amoníac. És un mètode que consumeix molta energia (energies fòssils).

Recentment, el doctor Kelsey Sakimoto, del Centre de Medi Ambient de la Universitat de Harvard, juntament amb el químic Daniel Nocera i la biòloga Pamela Silver han desenvolupat un procés bioquímic afegit a la “fulla biònica” d’aquests dos investigadors, que pot donar lloc a una gran millora agrícola, fins i tot pels agricultors de subsistència lluny de les xarxes de distribució de fertilitzants químics.

La fulla artificial de Nocera divideix eficientment l’aigua en hidrogen i gasos d’oxigen mitjançant l’aparellament del silici -el material emprat als panells solars- amb recobriments de catalitzadors. El gas d’hidrogen pot emmagatzemar-se al lloc i utilitzar-lo per conduir cèl·lules de combustible, oferint una forma d’emmagatzemar i utilitzar el poder que prové del sol.

Ara bé, la investigació d’en Sakimoto, realitzada amb en Nocera, na Silver, la doctora postdoctoral Chong Liu, i l’estudiant de doctorat Brendan Colon, ha incorporat la presència d’un bacteri del sòl, el Xanthobacter autotrophicus, que consumeix l’hidrògen generat per la fulla biònica i prenent el nitrogen de l’atmosfera per produir amoníac i fòsfor que poden ser emprats com a fertilitzants.

Nocera lab, Harvard University

Hi ha dues maneres d’aplicar el nou sistema. El primer és permetre que els bacteris s’alimentin i es reprodueixin, el que condueix a un líquid groguenc carregat de bacteris que es pot polvoritzar en camps. En els experiments d’efecte hivernacle a l’Arnold Arboretum, els raves cultivats amb residus fertilitzants del X. autotrophicus van acabar duplicant la grandària del control de raves conreats sense adobs addicionals.

L’altre mètode és afegir un compost que provoca que el bacteri segregui amoníac directament, que després es pot emprar d’una manera similar als fertilitzants químics tradicionals.

En Sakimoto, que gaudeix d’una beca de Ziff Environmental, explora ara com fer que el sistema sigui més robust en condicions reals, i saber com l’ús de les aigües residuals i d’altres fonts d’aigua naturals en el biorreactor el pot afectar.

La tecnologia de la fulla biònica és molt prometedora, i de fet, una línia d’investigació prèvia a extreure Nitrogen de l’aire, empra bacteris genèticament manipulats que a partir de l’hidrògen, sintetitzen combustibles líquids com l’isobutanol. Per a aquesta finalitat l’equip d’en Nocera ha emprat una soca modificada de Ralstonia eutropha per alimentar-se de l’H2 i el diòxid de carboni (CO2) de l’aire i combinar-les per fabricar hidrocarburs.