Producción de hidrógeno mediante cocultivo de microalgas y bacterias

Un equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba,  en España, ha identificado una comunidad bacteriana natural de múltiples especies que podría utilizarse con microalgas para la comercialización de hidrógeno producido mediante metabolismo microbiano (bioH2).

La producción biológica de bioH2 consiste en cultivar organismos vivos, como bacterias, cianobacterias y algas que liberan H2. Esta tecnología permite producir H2 a bajas temperaturas, entre 23 ºC y 30 ºC, y a presión atmosférica, lo que podría integrarse con el tratamiento de aguas residuales.

“La principal limitación de la producción de bio-H2 radica en su baja tasa de producción, lo que la hace comercialmente ineficiente y costosa”, explicó a pv magazine Neda Fakhimi, coautora de la investigación. Sin embargo, al integrar esta tecnología con otras aplicaciones como la gestión de residuos -como el tratamiento de aguas residuales- y la valorización de la biomasa, incluida la producción de biofertilizantes, piensos, alimentos, etc., puede acercarse más a la industrialización”.

El grupo de investigación especificó que la comunidad bacteriana identificada procede de un cultivo contaminado de la microalga Chlamydomonas reinhardtii, lo que puede ampliar el equilibrio de la propia comunidad al evitar problemas habituales como el crecimiento excesivo de las bacterias.

“Con respecto a otros estudios, hemos duplicado la tasa de producción de hidrógeno, además de haber alargado la producción de hidrógeno. En otros trabajos, los académicos hacían funcionar el sistema durante 10-15 días, no más”, declaró Fakhimi. “La producción a escala industrial de H2 a partir de la actividad biológica de microorganismos aún no se ha planteado públicamente”.

El sistema de hidrógeno propuesto funciona mejor que los anteriores porque el consorcio de bacterias tiene características únicas cuando se cocultiva con Chlamydomonas. La bacteria Microbacterium forte sp. nov. es la novedad del sistema, ya que utiliza y crea nutrientes que ayudan a regular el cocultivo.

“En los consorcios algal-bacteriano, las bacterias suelen dominar todo el cultivo, lo que afecta negativamente a la viabilidad de las algas, que son las únicas productoras de bio-H2 en nuestro sistema. La relación, basada en la dependencia de los nutrientes, en la que cada miembro contribuye al crecimiento de los demás, puede regular la comunidad para evitar que uno solo domine el cultivo. Esto garantiza un sistema cohesivo para la producción de bio-H2”, afirma Fakhimi.

Fakhimi explicó, por ejemplo, que Microbacterium forte sp. nov. no puede sintetizar biotina y tiamina, necesarias para su crecimiento. Tampoco puede utilizar el sulfato como fuente de azufre (S), por lo que necesita formas reducidas de S como la cisteína y la metionina. El alga proporciona los nutrientes esenciales mencionados a Microbacterium forte sp. nov., mientras que la bacteria aporta amonio y ácido acético, que favorecen el crecimiento del alga y la producción de H2.

El equipo descubrió que, entre la comunidad bacteriana, Microbacterium forte sp. nov. era la única responsable de la mejora en la producción de hidrógeno. Las otras dos bacterias contribuyen a mantener la salud del alga.

“Cuando se incuba en un medio que contiene manitol y extracto de levadura, la comunidad bacteriana natural compuesta por Bacillus cereus y dos nuevas bacterias –Microbacterium forte sp. nov. y Stenotrophomonas goyi sp. nov.– puede promover y mantener la producción de hidrógeno por las algas”, afirman los investigadores.

La investigación convencional en este campo suele hacer hincapié en los cultivos axénicos, que son cultivos individuales, mientras que el nuevo trabajo investiga los cocultivos de algas y bacterias. La tecnología de cocultivo se está desarrollando, pero los cocultivos suelen enfrentarse a problemas como la acidificación del medio, la competencia de nutrientes y el crecimiento excesivo de uno de los socios.

Los académicos presentaron sus hallazgos en el estudio “Chlamydomonas reinhardtii and Microbacterium forte sp. nov., a mutualistic association that favors sustainable hydrogen production” (Chlamydomonas reinhardtii y Microbacterium forte sp. nov., una asoción mutualista que promueve la producción sostenible de hidrógeno), publicado recientemente en Science of The Total Environment. Según ellos, este trabajo abre la puerta a la producción de fotohidrógeno concomitante con la generación de biomasa algal utilizando nutrientes no aptos para el crecimiento de algas mixotróficas.