Um dos grandes problemas dos sistemas de energia sustentável é como armazenar a eletricidade gerada pelo vento, solar e ondas. Atualmente, nenhuma tecnologia existente fornece armazenamento em grande escala e recuperação de energia para energia sustentável a um baixo custo financeiro e ambiental.

Micróbios eletroativos projetados podem ser parte da solução; esses micróbios são capazes de pegar emprestado um elétron da eletricidade solar ou eólica e usar a energia para separar as moléculas de dióxido de carbono do ar. Os micróbios podem então levar os átomos de carbono para fazer biocombustíveis, como isobutanol ou propanol, que poderia ser queimado em um gerador ou adicionado à gasolina, por exemplo.

“Achamos que a biologia desempenha um papel significativo na criação de uma infraestrutura de energia sustentável, "disse Buz Barstow, professor assistente de engenharia biológica e ambiental na Cornell University. "Alguns papéis serão de apoio e alguns serão papéis principais, e estamos tentando encontrar todos aqueles lugares onde a biologia pode funcionar. "

Barstow é o autor sênior de "Armazenamento de energia elétrica com sistemas biológicos projetados, "publicado no Journal of Biological Engineering .

Adicionar elementos de engenharia elétrica (sintéticos ou não biológicos) pode tornar essa abordagem ainda mais produtiva e eficiente do que os micróbios sozinhos. Ao mesmo tempo, ter muitas opções também cria muitas opções de engenharia. O estudo fornece informações para determinar o melhor design com base nas necessidades.

"Estamos sugerindo uma nova abordagem em que costuramos engenharia eletroquímica biológica e não biológica para criar um novo método para armazenar energia, "disse Farshid Salimijazi, um estudante de graduação no laboratório de Barstow e o primeiro autor do artigo.

A fotossíntese natural já oferece um exemplo de armazenamento de energia solar em grande escala, e transformá-lo em biocombustíveis em um ciclo fechado de carbono. Ele captura cerca de seis vezes mais energia solar em um ano do que toda a civilização usa ao mesmo tempo. Mas, a fotossíntese é realmente ineficiente na coleta de luz solar, absorvendo menos de um por cento da energia que atinge as células fotossintetizantes.

Micróbios eletroativos nos permitem substituir a coleta de luz biológica por fotovoltaica. Esses micróbios podem absorver eletricidade em seu metabolismo e usar essa energia para converter CO2 em biocombustíveis. A abordagem mostra-se muito promissora para a produção de biocombustíveis com maior eficiência.

Micróbios eletroativos também permitem o uso de outros tipos de eletricidade renovável, não apenas eletricidade solar, para alimentar essas conversões. Também, algumas espécies de micróbios projetados podem criar bioplásticos que podem ser enterrados, removendo assim o dióxido de carbono (um gás de efeito estufa) do ar e sequestrando-o no solo. As bactérias podem ser projetadas para reverter o processo, convertendo um bioplástico ou biocombustível de volta em eletricidade. Essas interações podem ocorrer em temperatura e pressão ambiente, o que é importante para a eficiência.

Os autores apontam que métodos não biológicos de uso de eletricidade para fixação de carbono (assimilação de carbono de CO2 em compostos orgânicos, como os biocombustíveis) estão começando a se igualar e até mesmo a exceder as capacidades dos micróbios. Contudo, as tecnologias eletroquímicas não são boas para criar os tipos de moléculas complexas necessárias para biocombustíveis e polímeros. Micróbios eletroativos projetados poderiam ser projetados para converter essas moléculas simples em outras muito mais complicadas.

Combinações de micróbios projetados e sistemas eletroquímicos podem exceder em muito a eficiência da fotossíntese. Por estas razões, um projeto que combina os dois sistemas oferece a solução mais promissora para armazenamento de energia, de acordo com os autores.

"Pelos cálculos que fizemos, pensamos que é definitivamente possível, "Salimijazi disse.

O documento inclui dados de desempenho em projetos biológicos e eletroquímicos para fixação de carbono. O estudo atual é "a primeira vez que alguém reuniu em um só lugar todos os dados de que você precisa para fazer uma comparação exata da eficiência de todos esses diferentes modos de fixação de carbono, "Barstow disse.

No futuro, os pesquisadores planejam usar os dados que reuniram para testar todas as combinações possíveis de componentes eletroquímicos e biológicos, e encontrar as melhores combinações entre tantas opções.

Erika Parra, a principal at MultiPHY Laboratories, Inc., is a co-author of the paper.