Energía en el espacio: ¿La hora de una solución biológica?

¿Están listas las tecnologías espaciales para aprovechar los mecanismos biológicos como fuente de energía? De David Tenenbaum Los sistemas tradicionales para la generación de electricidad en el espacio dependen sobre todo del equipamiento: sistemas fotovoltaicos (paneles solares), células de combustible de hidrógeno, generadores térmicos de radioisótopos. Pero en una reunión del Instituto de conceptos avanzados de la NASA (NASA Institute for Advanced Concepts, NIAC) el otoño pasado, Matthew Silver, un ingeniero de sistemas espaciales que dirige los laboratorios IntAct en Cambridge, Massachusetts, presentó ideas radicales sobre la utilización de sistemas biológicos en una nueva generación de fuentes de energía. Los dispositivos propuestos producirían electrones utilizando microbios que iven en el barro, o proteínas nativas del oído humano o bacterias fotosintéticas. #3# En teoría los sistemas biológicos de generación de energía ofrecen ciertas ventajas. Los sistemas existentes, basados en procesos químicos y físicos son difíciles y costosos de fabricar, y difíciles de modificar una vez fabricados. Los sistemas biológicos podrían ofrecer una elevada relación potencia-peso, un almacenamiento sencillo del combustible y muchos de ellos generan subproductos útiles, como oxígeno molecular. Pero resultan especialmente prometedores porque podrían ser 'cultivados' en el espacio según las necesidades. Dos áreas prometedoras de la bioenergía son las células de combustible microbianas, que se basan en microbios que liberan electrones durante su proceso de metabolismo, y aparatos que convierten energía cinética o radiación directamente en energía eléctrica. Este último concepto, denominado 'piel energética' (powerskin) por los laboratorios IntAct, consistiría en una fina película compuesta de proteínas biológicas que responden al movimiento o a la luz. 'Las proteínas responsables de la audición y la vista tienen interesantes propiedades eléctricas', dice Silver. En el oído interno, la proteína prestina desempeña un papel clave en la conversión de las vibraciones en las señales eléctricas que se envían al cerebro, observa Silver. Estas proteínas podrían usarse 'para transformar vibraciones en carga', dice, y 'recolectar energía' de losl eves vientos y vibraciones en Marte (o incluso del movimiento de un astronauta) para alimentar sensores u otros dispositivos remotos. 'La idea es que podría proporcionar energía a sensores que no necesitarían cableado, de modo que sería posible generar electricidad donde se necesita en aplicaciones que no deben ser muy pesadas'. Powerskin podría llegar a ser también el núcleo de un sensor de vibraciones. 'Puesto que la prestina convierte cambios mecánicos en electricidad, existe la posibilidad de lograr apreciar la vibración con una gran sensibilidad', dice Silver. Otra utilidad de Powerskin podría basarse en proteínas tales como las rodopsinas, que responden a la luz. Las rodospinas son producidas por cianobacterias y son muy similares a las moléculas que responden a la luz en la retina de los mamíferos. (Las plantas realizan una forma más compleja de fotosíntesis que sería más difícil de replicar, añade, aunque se ha empezado a investigar). 'Se ha investigado mucho sobre la rodospina, que organismos simples, como las cianobacterias usan para su actividad lumínica', dice Silver. Los investigadores han alterado genéticamente varios tipos de microbios, incluyendo levaduras, para que expresen rodospinas. Si una película generadora de electricidad fuese suficientemente barata, se podría emplear para recubrir los habitáculos espaciales. #4# Los laboratorios IntAct también presentaron ideas de células de combustible microbianas que albergarían bacterias anaerobias que al digerir materia orgánica liberan electrones, dando lugar a una corriente eléctrica. El mayor interés se centra en el género Geobacter, un organismo anaeróbico descubierto en sedimentos en 1987 por Derek Lovely, de la Universidad de Massachusetts. Para producir energía, el Geobacter oxida materia orgánica, transfiriendo durante el proceso electrones a partículas de óxido de hierro en el suelo o el lodo circundantes. En una célula de combustible, un electrodo de grafito sustituiría al óxido de hierro como receptor de electrones. Puesto que el Geobacter y otros organismos emparentados con él pueden crear una corriente eléctrica directamente hacia el electrodo, Lovely los denomina 'electricígenos' (electricigens). Basar una célula de combustible en microbios ofrece numerosas ventajas teóricas respecto a células de combustible de hidrógeno o metano, dice Lovely. 'No es necesario un catalizador, y los catalizadores son normalmente caros, y se estropean con facilidad'. Una segunda ventaja proviene de la propia naturaleza lodosa del combustible. 'El combustible no necesita estar limpio', dice Lovely. 'De hecho, puede estar compuesto de suciedad o productos de deshecho'. Tal como Silver lo ve, una célula de combustible microbiana podría digerir los deshechos humanos y otra basura orgánica durante un viaje a Marte. El taller de procesamiento de residuos y recuperación de recursos (Waste Processing and Resource Recovery Workshop) estimó que una tripulación de seis produciría, siguiendo una dieta baja en hidratos de carbono, 10,55 kilogramos de residuos orgánicos al día durante un viaje a Marte. Tal cantidad de residuos, calcula Silver, podría producir hasta alrededor de 1 kilowatio de potencia constante en una célula de combustible microbiana. La NASA ha estimado que los sistemas de soporte vital en una nave de este tipo precisaría aproximadamente 1 kilowatio por persona durante un viaje a Marte. El dióxido de carbono producido por la oxidación bacteriana de los residuos orgánicos podría utilizarse para cultivar algas en cámaras aisladas, obteniendo oxígeno molecular como subproducto. Las algas podrían usarse también para alimentar la célula de combustible, produciendo más electricidad. Un proceso similar podría servir para generar electricidad en Marte, sugiere Silver. #5# Mientras que los prototipos de célula de combustible microbiana han usado una única cepa del microbio, la utilización de múltiples organismos podría incrementar la potencia de salida, especialmente si se parte de residuos orgánicos. 'Presentamos al NIAC el hecho de que diferentes bacterias metabolizan diferentes sustancias', dice Silver. 'Una célula de combustible microbiana podría utilizar cámaras en cascada', en la que la salida de una célula alimenta a la siguiente. Por ejemplo, cuando las bacterias del género Clostridium metabolizan el azúcar, no utilizan toda la energía disponible en él. El Geobacter, sin embargo, puede metabolizar algunos de los productos de deshecho de algunos Clostridium, sugiere Silver. Aún mejor, añade, mediante ingeniería genética, 'podría diseñarse un nuevo organismo capaz de digerir un abanico más amplio de sustancias'. La utilización de material orgánico como combustible lleva a otra de las ventajas de las células de combustible microbianas para la exploración espacial: la materia orgánica es fácil de almacenar. Mientras que la electricidad de los paneles fotovoltaicos debe almacenarse en baterías masivas o algún otro complicado sistema de almacenamiento, los requisitos para el almacenamiento de unidades de energía bacteriana serían mínimos, ya que se podría alimentar a los microbios para generar electricidad según la necesidad. Otra posible ventaja de los sistemas de energía biológicos es su potencial de fabricación 'casera'. Las complejas transformaciones de materiales necesarias para la fabricación de sistemas de energía podrían ser llevadas a cabo por microorganismos, que no requerirían los complicados procesos industriales empleados en la fabricacón de paneles solares. Incluso se podrían cultivar, en lugar de fabricar, los polímeros usados para encapsular algunos de los elementos, sugiere Silver. Silver dice: 'si lo diseñas correctamente, puedes imaginar ser capaz de fabricar tu propia tecnología en la superficie de la Luna o de Marte. Imaginar mirar a los sistemas de energía no como algo extremadamente valioso, sino como algo que se puede hacer crecer según se necesite'.