Los científicos han desarrollado un método impulsado por la luz solar para convertir los contaminantes de las aguas residuales en productos químicos valiosos, proporcionando una alternativa sostenible a la fabricación de productos químicos tradicionales. Investigadores dirigidos por Gao Xiang, investigador del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen, Academia de Ciencias de China, y Lu Lu, profesor del Instituto de Tecnología de Harbin, han propuesto un nuevo método de utilizar la luz solar para convertir los contaminantes de las aguas residuales en productos químicos valiosos, allanando el camino para la fabricación de productos químicos sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. La investigación fue publicada el 16 de octubre en la revista Nature Sustainability.

Desafíos con los métodos tradicionales

La fabricación química tradicional se basa en procesos que consumen mucha energía. Los materiales biohíbridos semiconductores combinan materiales eficientes que captan la luz con células vivas de alta calidad, lo que proporciona avances interesantes en el aprovechamiento de la energía solar para la producción química. El desafío, sin embargo, es encontrar una forma económicamente viable y respetuosa con el medio ambiente de ampliar esta tecnología.

En este estudio, los investigadores se propusieron convertir los contaminantes de las aguas residuales en biomezclas semiconductoras directamente en el entorno de las aguas residuales. El concepto implica utilizar el carbono orgánico, los metales pesados ​​y los compuestos de sulfato presentes en las aguas residuales como materias primas para construir estas mezclas biológicas y luego convertirlas en sustancias químicas valiosas.

Investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen y el Instituto de Tecnología de Harbin han desarrollado un método para utilizar la luz solar para convertir los contaminantes de las aguas residuales en sustancias químicas valiosas. El proceso utiliza un biohíbrido semiconductor producido directamente a partir de contaminantes de aguas residuales, aprovechando la energía solar para la producción química. Fuente de la imagen: SIAT

Complejidades y soluciones de aguas residuales

Sin embargo, las aguas residuales industriales reales suelen tener diferentes composiciones de contaminantes orgánicos importantes, metales pesados ​​y contaminantes complejos, que a menudo son tóxicos para las células bacterianas y difíciles de metabolizar eficazmente. También contiene altos niveles de sal y oxígeno disuelto, lo que requiere bacterias con capacidad aeróbica para reducir el sulfato. Por lo tanto, utilizar aguas residuales como materia prima bacteriana es un desafío.

Para superar este problema, los investigadores seleccionaron Vibrionatriegens, una bacteria marina de rápido crecimiento que tiene una tolerancia especial a las altas concentraciones de sal y la capacidad de utilizar una variedad de fuentes de carbono. Introdujeron una vía de reducción de sulfato aeróbico en V. natriegens, una bacteria marina gramnegativa, y entrenaron la cepa diseñada para utilizar diferentes fuentes de metal y carbono para producir biohíbridos semiconductores directamente a partir de dichas aguas residuales.

La principal sustancia química objetivo que producen es el 2,3-butanodiol (BDO), un valioso producto químico.

Al diseñar cepas de V. natriegens, produjeron sulfuro de hidrógeno, que desempeñó un papel clave en la promoción de la producción de nanopartículas de CdS que absorben la luz de manera eficiente. Conocidas por su biocompatibilidad, estas nanopartículas permiten la creación de biohíbridos semiconductores in situ y permiten que las bacterias no fotosintéticas aprovechen la luz.

Los resultados mostraron que estos biohíbridos activados por la luz solar exhibieron una producción de BDO significativamente mayor, superando la lograda por las células bacterianas solas. Además, el proceso demostró escalabilidad, permitiendo la producción de BDO con energía solar a escala de 5 litros utilizando aguas residuales reales.

El profesor Gao dijo: "En comparación con la fermentación bacteriana tradicional y los métodos de producción de BDO basados ​​en combustibles fósiles, la plataforma biohíbrida no sólo tiene una menor huella de carbono, sino que también reduce los costos del producto, lo que resulta en un menor impacto ambiental general. Vale la pena señalar que estas biomezclas se pueden producir utilizando diversas fuentes de aguas residuales".