Você jogou algo valioso no vaso sanitário hoje.

Os compostos orgânicos em esgotos domésticos e águas residuais industriais são uma rica fonte potencial de energia, bioplásticos e até mesmo proteínas para alimentação animal, mas sem método de extração eficiente, as estações de tratamento os descartam como contaminantes. Agora, os pesquisadores encontraram uma solução ecológica e econômica.

Publicado em Fronteiras na pesquisa de energia , seu estudo é o primeiro a mostrar que a bactéria fototrófica roxa - que pode armazenar energia da luz - quando fornecida com uma corrente elétrica pode recuperar cerca de 100% do carbono de qualquer tipo de resíduo orgânico, ao gerar gás hidrogênio para a produção de eletricidade.

“Um dos problemas mais importantes das atuais estações de tratamento de águas residuais são as altas emissões de carbono, "diz o co-autor Dr. Daniel Puyol da King Juan Carlos University, Espanha. "Nosso processo de biorrefinaria à base de luz pode fornecer um meio de coletar energia verde de águas residuais, com pegada de carbono zero. "

Bactéria fotossintética roxa

Quando se trata de fotossíntese, os porcos verdes são os holofotes. Mas, à medida que a clorofila se retira da folhagem de outono, deixa para trás seu amarelo, primos laranja e vermelho. Na verdade, pigmentos fotossintéticos vêm em todos os tipos de cores - e todos os tipos de organismos.

Cue bactérias fototróficas roxas. Eles capturam a energia da luz solar usando uma variedade de pigmentos, que os tornam em tons de laranja, vermelho ou marrom - assim como roxo. Mas é a versatilidade de seu metabolismo, não a cor deles, o que os torna tão interessantes para os cientistas.

"Bactérias fototróficas roxas são uma ferramenta ideal para a recuperação de recursos de resíduos orgânicos, graças ao seu metabolismo altamente diverso, "explica Puyol.

As bactérias podem usar moléculas orgânicas e gás nitrogênio - em vez de CO2 e H2O - para fornecer carbono, elétrons e nitrogênio para fotossíntese. Isso significa que eles crescem mais rápido do que as bactérias e algas fototróficas alternativas, e pode gerar gás hidrogênio, proteínas ou um tipo de poliéster biodegradável como subprodutos do metabolismo.

Ajustando a produção metabólica com eletricidade

Qual produto metabólico predomina depende das condições ambientais da bactéria - como a intensidade da luz, temperatura, e os tipos de orgânicos e nutrientes disponíveis.

"Nosso grupo manipula essas condições para ajustar o metabolismo das bactérias roxas para diferentes aplicações, dependendo da fonte de resíduos orgânicos e dos requisitos do mercado, "diz o co-autor Professor Abraham Esteve-Núñez da Universidade de Alcalá, Espanha.

"Mas o que é único em nossa abordagem é o uso de uma corrente elétrica externa para otimizar a produção de bactérias roxas."

Este conceito, conhecido como um "sistema bioeletroquímico", funciona porque as diversas vias metabólicas nas bactérias roxas são conectadas por uma moeda comum:os elétrons. Por exemplo, um suprimento de elétrons é necessário para capturar a energia da luz, enquanto transforma o nitrogênio em amônia libera o excesso de elétrons, que deve ser dissipado. Ao otimizar o fluxo de elétrons dentro das bactérias, uma corrente elétrica - fornecida por meio de eletrodos positivos e negativos, como em uma bateria - pode delimitar esses processos e maximizar a taxa de síntese.

Biocombustível máximo, pegada de carbono mínima

Em seu último estudo, o grupo analisou as condições ideais para maximizar a produção de hidrogênio por uma mistura de espécies de bactérias fototróficas roxas. Eles também testaram o efeito de uma corrente negativa, ou seja, elétrons fornecidos por eletrodos de metal no meio de crescimento - sobre o comportamento metabólico das bactérias.

A primeira descoberta importante foi que a mistura de nutrientes que alimentava a maior taxa de produção de hidrogênio também minimizava a produção de CO2.

"Isso demonstra que a bactéria roxa pode ser usada para recuperar biocombustível valioso de orgânicos normalmente encontrados em águas residuais - ácido málico e glutamato de sódio - com uma baixa pegada de carbono, "relata Esteve-Núñez.

Ainda mais impressionantes foram os resultados usando eletrodos, que demonstrou pela primeira vez que as bactérias roxas são capazes de usar elétrons de um eletrodo negativo ou "cátodo" para capturar CO2 por meio da fotossíntese.

"Registros de nosso sistema bioeletroquímico mostraram uma interação clara entre as bactérias roxas e os eletrodos:a polarização negativa do eletrodo causou um consumo detectável de elétrons, associado a uma redução na produção de dióxido de carbono.

"Isso indica que as bactérias roxas estavam usando elétrons do cátodo para capturar mais carbono de compostos orgânicos por meio da fotossíntese, portanto, menos é liberado como CO2. "

Rumo a sistemas bioeletroquímicos para produção de hidrogênio

De acordo com os autores, este foi o primeiro relato de uso de culturas mistas de bactérias roxas em um sistema bioeletroquímico - e a primeira demonstração de qualquer metabolismo de deslocamento fototrófico devido à interação com um cátodo.

Capturar o excesso de CO2 produzido por bactérias roxas pode ser útil não apenas para reduzir as emissões de carbono, mas também para refinar o biogás de resíduos orgânicos para uso como combustível.

Contudo, Puyol admite que o verdadeiro objetivo do grupo está mais à frente.

"Um dos objetivos originais do estudo era aumentar a produção de biohidrogênio doando elétrons do cátodo para o metabolismo da bactéria roxa. No entanto, parece que as bactérias PPB preferem usar esses elétrons para fixar CO2 em vez de criar H2.

"Recentemente, obtivemos financiamento para perseguir esse objetivo com pesquisas adicionais, e trabalharemos nisso nos próximos anos. Fique atento para mais ajustes metabólicos. "