Investigadores de Harvard han inventado una hoja ‘biónica’ que utiliza bacterias, luz solar, agua y aire para hacer fertilizante en el mismo suelo donde se cultivan las cosechas.
«Cuando tienes un proceso centralizado y una infraestructura masiva, puedes fácilmente producir y administrar los fertilizantes», explica el coautor de la investigación Daniel Nocera, que ha presentado resultados en la 253 Reunión de la Sociedad Americana de Química (ACS). «Pero los países más pobres en el mundo emergente no siempre tienen los recursos para hacer esto».
La primera «revolución verde» en la década de 1960 vio el mayor uso de fertilizantes sobre nuevas variedades de arroz y trigo, que ayudó a la producción agrícola. Aunque la transformación dio lugar a graves daños ambientales, potencialmente salvó millones de vidas, especialmente en Asia.
Con la perspectiva de que la población mundial crezca en 2.000 millones de personas para 2050, gran parte en países pobres, los expertos coinciden en que el objetivo de aumentar los rendimientos de los cultivos implicará dedicar más superficie a la agricultura.
Para contribuir a la siguiente revolución verde, Nocera, que está en la Universidad de Harvard, inventó una hoja artificial para hacer abono.
Es un dispositivo que, cuando se expone a la luz solar, imita a una hoja natural mediante la disociación de agua en hidrógeno y oxígeno. Esto condujo al desarrollo de hojas biónicas que emparejan el catalizador de división de agua con la bacteria Ralstonia eutropha, que consume hidrógeno y extrae el dióxido de carbono del aire para hacer combustible líquido.
En junio pasado, el equipo de Nocera informó de la conmutación de un dispositivo catalizador de níquel-molibdeno-zinc, que era venenoso para los microbios con una aleación con cobalto y fósforo amistosa para las bacterias. El nuevo sistema proporcionó biomasa y un rendimiento de combustible líquido que en gran medida superó al de la fotosíntesis natural.
«Los combustibles fueron sólo el primer paso», dice Nocera. «Llegados hasta ese punto, se demostró que se puede tener una plataforma de síntesis química renovable. Ahora estamos demostrando la generalidad mediante otro tipo de bacterias que toman el nitrógeno de la atmósfera para hacer abono.»
Para esta aplicación, el equipo de Nocera ha diseñado un sistema en el que la bacteria Xanthobacter fija hidrógeno a partir de la hoja artificial y dióxido de carbono de la atmósfera para hacer un bioplástico que la bacteria almacena dentro de sí misma como combustible.
«Entonces puedo poner la bacteria en el suelo debido a que ya ha utilizado la luz solar para producir el bioplástico», dice Nocera. «Entonces la bacteria toma nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico, que es básicamente hidrógeno almacenado, para conducir el ciclo de fijación para producir amoniaco para la fertilización de cultivos».
El laboratorio de Nocera ha analizado la cantidad de amoníaco que produce el sistema. Pero la prueba real está en los rábanos. Los investigadores han utilizado su enfoque para cultivar cinco ciclos de cultivo. Las hortalizas que reciben el fertilizante con origen en hojas biónicas pesan un 150 por ciento más que los cultivos de control. El siguiente paso, dice Nocera, es aumentar el rendimiento para que un día, los agricultores de la India y África subsahariana puedan producir su propio fertilizante.
«Cuando tienes un proceso centralizado y una infraestructura masiva, puedes fácilmente producir y administrar los fertilizantes», explica el coautor de la investigación Daniel Nocera, que ha presentado resultados en la 253 Reunión de la Sociedad Americana de Química (ACS). «Pero los países más pobres en el mundo emergente no siempre tienen los recursos para hacer esto».
La primera «revolución verde» en la década de 1960 vio el mayor uso de fertilizantes sobre nuevas variedades de arroz y trigo, que ayudó a la producción agrícola. Aunque la transformación dio lugar a graves daños ambientales, potencialmente salvó millones de vidas, especialmente en Asia.
Con la perspectiva de que la población mundial crezca en 2.000 millones de personas para 2050, gran parte en países pobres, los expertos coinciden en que el objetivo de aumentar los rendimientos de los cultivos implicará dedicar más superficie a la agricultura.
Para contribuir a la siguiente revolución verde, Nocera, que está en la Universidad de Harvard, inventó una hoja artificial para hacer abono. Es un dispositivo que, cuando se expone a la luz solar, imita a una hoja natural mediante la disociación de agua en hidrógeno y oxígeno. Esto condujo al desarrollo de hojas biónicas que emparejan el catalizador de división de agua con la bacteria Ralstonia eutropha, que consume hidrógeno y extrae el dióxido de carbono del aire para hacer combustible líquido.
En junio pasado, el equipo de Nocera informó de la conmutación de un dispositivo catalizador de níquel-molibdeno-zinc, que era venenoso para los microbios con una aleación con cobalto y fósforo amistosa para las bacterias. El nuevo sistema proporcionó biomasa y un rendimiento de combustible líquido que en gran medida superó al de la fotosíntesis natural.
«Los combustibles fueron sólo el primer paso», dice Nocera. «Llegados hasta ese punto, se demostró que se puede tener una plataforma de síntesis química renovable. Ahora estamos demostrando la generalidad mediante otro tipo de bacterias que toman el nitrógeno de la atmósfera para hacer abono.»
Para esta aplicación, el equipo de Nocera ha diseñado un sistema en el que la bacteria Xanthobacter fija hidrógeno a partir de la hoja artificial y dióxido de carbono de la atmósfera para hacer un bioplástico que la bacteria almacena dentro de sí misma como combustible.
«Entonces puedo poner la bacteria en el suelo debido a que ya ha utilizado la luz solar para producir el bioplástico», dice Nocera. «Entonces la bacteria toma nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico, que es básicamente hidrógeno almacenado, para conducir el ciclo de fijación para producir amoniaco para la fertilización de cultivos».
Comparación de los rábanos normales (izquierda) y los rábanos que crecieron a través de la hoja biónica (derecha). / Universidad de Harvard.
El laboratorio de Nocera ha analizado la cantidad de amoníaco que produce el sistema. Pero la prueba real está en los rábanos. Los investigadores han utilizado su enfoque para cultivar cinco ciclos de cultivo. Las hortalizas que reciben el fertilizante con origen en hojas biónicas pesan un 150 por ciento más que los cultivos de control. El siguiente paso, dice Nocera, es aumentar el rendimiento para que un día, los agricultores de la India y África subsahariana puedan producir su propio fertilizante.
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