De carne «in vitro» a microbios que producen energía: ocho soluciones de la ciencia para un futuro sostenible

Seres vivos que descontaminan

De manera natural, en los ecosistemas hay microorganismos capaces de degradar muchos tipos de contaminación: incluso un vertido de petróleo en el océano puede ser una «oportunidad» para ciertas bacterias, que con el tiempo acabarán degradándolo. Por desgracia, en ese tiempo el combustible habrá matado a muchos de los otros seres vivos afectados por el vertido.

Al margen de esto, existe una forma de aprovechar las capacidades naturales de los ecosistemas para tratar de limpiar hasta las zonas más contanimadas: se trata de la biorremediación. «Esta es una estrategia a largo plazo que permite la eliminación de contaminantes más o menos resistentes», explica Rafael Rivilla , profesor de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y experto en la materia. La idea es estimular el crecimiento de los microorganismos capaces de degradar los contaminantes para así poder limpiar aguas y suelos.

Actualmente, Rivilla participa en un proyecto que busca aprovechar microorganismos para descontaminar suelos y generar electricidad , creando una «biopila»: «Todavía se trata de algo muy experimental, pero digamos que un metro cúbico de suelo generaría la electricidad necesaria para alimentar un smartphone », explica Rivilla.

Normalmente, la biorremediación implica enriquecer el medio que se quiere limpiar con nutrientes u oxígeno, o bien hacer cambios en el pH o la temperatura. A veces también se añaden nuevos microorganismos para lidiar con distintos contaminantes. Gracias a esto se pueden degradar residuos industriales, aceites, explosivos o bien retener metales pesados, de forma que no se diluyan y sean absorbidos por otros seres vivos. Esta es la estrategia a la que se recurrió después del desastre ambiental de Aznalcóllar, ocurrido en 1998, en el que la rotura de una balsa de residuos de minería sembró de metales pesados los alrededores del Parque Nacional de Doñana. En concreto, las raíces de las plantas se emplearon para retener ciertos metales por medio de una técnica conocida como fitorremediación.

Big Data para mejorar tu ruta en coche

A pesar del recelo que despiertan para muchos, las nuevas tecnologías como el Big Data y la Inteligencia Artificial pueden ser grandes aliados contra el cambio climático. La primera ya está suponiendo una revolución en la gestión de datos históricos y su gestión para señalar tendencias y patrones que ocurrirán en el futuro. El Big Data es un perfecto punto de salida para saber en dónde estamos.

Ejemplos concretos son la tecnología Landsat de la NASA , que mapea constantemente la superficie terrestre y permite llevar a cabo comparaciones de sus cambios a lo largo del tiempo. O el proyecto de investigación de la Universidad de Berkeley y el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático de México sobre mejoras en la electromovilidad -referente al parque de coches eléctricos y sus infraestructuras- de la Ciudad de México ganador en 2018 del « Data for Climate Action », que utilizando las bases de datos de las aplicaciones Waze y Google Popular Times proponían rutas optimizadas y zonas donde era necesario el desarrollo de puntos de recarga.

Por otro lado, la inteligencia artificial puede servir para optimizar recursos en tiempo real, calculando la demanda y el consumo de recursos, como la energía eléctrica, para adecuar la producción mundial. Al respecto, Google utiliza sus algoritmos de Deepmind -la misma compañía que consiguió una AI que aprende a jugar al Go o a videojuegos mejor que los humanos - para gestionar sus plantas de energía eólica en Estados Unidos, prediciendo con 36 horas de antelación cuál sería la producción eólica necesaria teniendo en cuenta las previsiones meteorológicas y la fluctuación de la compraventa en los mercados energéticos.

Plástico creado por bacterias

Según datos de la Comisión Europea , el 70 por ciento del plástico que hay en los océanos procede de redes de pesca y de productos de un solo uso, como pajitas, botellas, bolsas y colillas. Este plástico se puede enterrar o quemar, pero uno de sus mayores inconvenientes es que no se puede degradar : los microorganismos que descomponen la materia orgánica no pueden acabar con él, porque estos polímeros están formados por cadenas de moléculas artificiales y complejas.

En opinión de Auxiliadora Prieto , coordinadora de la plataforma SusPlast de plásticos sostenibles del CSIC y experta en biotecnología de polímeros, « los bioplásticos son una alternativa real para los plásticos de un solo uso, aunque no pueden sustituir al plástico en todas sus aplicaciones».

Son polímeros fabricados por microorganismos y que pueden ser tratados con técnicas químicas para conseguir propiedades similares a las de los plásticos convencionales. Su gran ventaja es que, aunque los residuos de bioplásticos también han de ser gestionados, estos pueden ser degradados o compostados . Además, a diferencia de los plásticos corrientes, no proceden del petróleo, por lo que no incrementan la cantidad de carbono que está en circulación en la biosfera.

Según Auxiliadora Prieto, que trabaja en la producción de plástico por parte de microbios a partir de gas procedente de la quema de residuos, los bioplásticos llevan dos décadas en desarrollo, pero en los últimos años se está acelerando su utilización: « El reto ahora es estudiar cómo introducirlos en nuestras vidas , implementando sistemas de recogida y tratamiento».

Además de los bioplásticos, hay científicos trabajando en encontrar sistemas biológicos capaces de degradar plásticos y proyectos para recoger la basura en los océanos por medios físicos. Sin embargo, tal como dice esta investigadora, con el plástico lo más importante es «reducir, reutilizar y reciclar» .

Las casas que no necesitan electricidad

Los hogares españoles lanzaron el año pasado a la atmósfera 71,4 millones de toneladas de CO2, lo que les sitúa en segundo puesto de agentes contaminantes solo por detrás de la industria. Es por ello que uno de los mayores esfuerzos que la ciencia y la ingeniería llevan a cabo es el de encontrar materiales y tecnología que reduzca el impacto negativo en el clima de nuestro día a día. A los paneles solares tradicionales se les suman otras propuestas. La Universidad de Michigan consiguió en 2014 desarrollar un material transparente que recoge la energía solar y la convierte en electricidad con una eficacia mayor que la de los paneles clásicos. Es decir, que se pueden utilizar como ventanas y como generadores de energía al mismo tiempo.

«Analizamos su potencial y mostramos que al capturar solo luz invisible, estos dispositivos pueden proporcionar un potencial de generación de electricidad similar al de la energía solar que se consigue con las placas solares ubicadas en las azoteas, al tiempo que ofrecen nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia energética de los edificios, automóviles o dispositivos electrónicos móviles», explicaba Richard Lunt , profesor adjunto de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales en dicha universidad. Girando la vista a España, la empresa asturiana Sunthalpy Engineering ha conseguido patentar un material parecido al hormigón que gracias a un circuito termal actúa como una batería térmica cuya intención es crear un hogar totalmente independiente de la red eléctrica. Un «hogar desconectado», tal y como ellos mismos afirman.

Microbios a medida para producir energía

Las plantas y algunas bacterias producen lo que para nosotros es combustible y comida a partir de aire y energía solar, a través de la fotosíntesis. Pero todavía hay margen de mejora. Hay científicos perfeccionando una hoja artificial que aumenta la eficiencia de la fotosíntesis y que produce alcoholes líquidos a temperatura ambiente , que podrían ser usados como combustible o en la síntesis de numerosos compuestos. Su gran ventaja es que no serían fabricados a partir de combustibles fósiles, por lo que no inyectarían carbono procedente del subsuelo en la atmósfera. Sin embargo, el proceso es todavía caro y resulta difícil realizarlo a gran escala.

Investigadores como los del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis, de la Universidad de Sevilla y del CSIC, trabajan en manipular microalgas para producir precursores de biodiésel , y otros intentan usar «biofiltros» para aplicarlos en centrales energéticas. Dentro de estos, una serie de microorganismos podrían usar el dióxido de carbono que emiten las centrales para producir energía u otros compuestos. «Todos estos procesos van enfocados a que ayudemos en algo a evitar este desastre del calentamiento global», explicó Miguel García Guerrero, uno de los investigadores de la Universidad de Sevilla.

El mes pasado, un grupo de investigadores de la Universidad de Rehovot (Israel) logró que una bacteria , de nombre Eschericia coli , célebre por ser muy ampliamente usada en los laboratorios y por ser muy versátil, dejase el azúcar y comenzase a vivir del CO2 . Según dijeron, en el futuro esto podría servir para fabricar combustible o comida sencillamente aportándole este gas y energía eléctrica, que podría proceder de paneles solares.

Y esto es solo una parte de lo que está por venir. En opinión de Rafael Rivilla, profesor de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM): «Los nuevos métodos de edición genética –que permiten insertar nuevos genes y funciones en los microbios– van a permitir avanzar mucho en el diseño de consorcios de microorganismos».

Carne «in vitro»

Desde hace un tiempo, la ganadería ha sido puesta en el disparadero de los sectores señalados por sus emisiones en gases que contribuyen al efecto invernadero. Sin embargo, hace ya décadas que la ciencia desarrolla sistemas para, en parte, reemplazar los alimentos procesados que salen de las macrogranjas.

Es la carne in vitro cultivada a partir de células de animales ( pero sin una pizca de animal ). Aunque actualmente hay varios proyectos de investigación en marcha (incluidos, por ejemplo, en los programas de las principales agencias aerospaciales para ofrecer carne a los astronautas en futuros viajes espaciales largos, como Marte ), aún no se han producido productos destinados al gran consumo. Si bien Winston Churchill ya vaticinó nuestro futuro en 1930: «Dentro de cincuenta años, escaparemos al absurdo de criar un pollo entero para comer la pechuga o las alas, cultivando estas partes separadas en un medio adecuado».

Adaptar el paisaje al cambio

La dehesa es a la vez un ecosistema y una forma de gestionar el paisaje que se caracteriza por su diversidad y riqueza. Se basa en un bosque de encinas o alcornoques , acompañado de pastizales o matorrales, donde se mantiene el ganado, se caza y se pueden aprovechar otros productos, como la leña, el corcho o las setas.

En opinión de Joaquín Hortal , investigador científico del Museo Nacional de Ciencias Naturales y experto en biogeografía y cambio global, la dehesa « es un ejemplo precioso de paisaje heterogéneo ».

Según este científico, este ecosistema es un modelo para la gestión adaptativa del paisaje, una estrategia encaminada a emplear «fórmulas más eficientes, que parten del manejo tradicional, para crear paisajes más heterogéneos en los que sea más difícil que los impactos se extiendan». Esta estrategia es, por tanto, una receta elaborada por científicos para tratar de optimizar y hacer más sostenibles los paisajes agrícolas y favorecer su capacidad de adaptación ante los cambios futuros.

Para Hortal, parte de la transición ecológica pasa por sustituir la agricultura extensiva por policultivos y paisajes más heterogéneos y, por tanto, más flexibles y resistentes. Según dice, muchos científicos trabajan en nuevas formas de manejar el paisaje para lograr que se adapten a los problemas que se avecinan como consecuencia del cambio climático.

Este investigador participa en un proyecto que está observando que la presencia de árboles y su sombra es clave para que los escarabajos puedan hacer su papel de degradación y reciclaje del estiércol, lo que es fundamental para garantizar el ciclo de nutrientes del suelo.

También menciona la conveniencia de fijar los suelos con arbustos y evitar la roturación para no acabar con la costra biológica de musgos y líquenes, que es capaz de retener la humedad. Además, Hortal explica que la presencia de parches arbolados en terrenos agrícolas permite la presencia de depredadores y parásitos naturales capaces de mantener a raya a la mayoría de las plagas, sin necesidad de insecticidas.

También recuerda que es posible configurar la gestión de los cultivos en función de los pronósticos, como hacen los viñateros, y evitar incendios sencillamente limpiando los bosques de forma adecuada. «Hay un problema muy grave de contaminación y de sobreexplotación de recursos y muchas poblaciones están al borde de la extinción», resume este biólogo. «Por tanto, necesitamos un cambio de paradigma en nuestra forma de usar los recursos», sentencia.

Almacenar la energía de la naturaleza

De todos es conocida la importancia de las energías renovables para reducir nuestra huella destructiva del mundo. La energía eólica, la hidroeléctrica o la fotovoltáica son las clásicas y más extendidas en España; sin embargo, tienen un problema: suelen están condicionadas por la meteorología y el momento y son difíciles de acumular. Para ello, un equipo interdisciplinar del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) está trabajando conjuntamente en la plataforma PTI FlowBat-2021 , un proyecto que intenta desarrollar unas baterías de vanadio -llamadas baterías de flujo redox (RFB)- mucho más eficientes que las de litio y con un coste e impacto ambiental mucho menor. « Dentro de año y medio o dos años está previsto entregar el primer modelo para empezar con las pruebas», explican desde el CSIC.

Pero mientras, existen también otras alternativas ya desarrolladas que buscan su hueco haciéndose más accesibles al público. Es el caso del hidrógeno. «Esta tecnología ya ayudó al hombre a llegar a la Luna y ahora estamos en una fase de reducción de costes », explica Rafael Luque, director general de Ariema, una empresa española creada a partir del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). La electrólisis es una gran promesa sobre todo en el sector automovilístico, donde su eficiencia es mayor que la de los combustibles actuales (el motor de un coche normal utiliza un 15 o 20% de los recursos y el resto se va en calor; el motor con hidrógeno llega hasta el 60% de eficiencia ), así como mucha más autonomía que los coches eléctricos (cinco kilos de hidrógeno equivalen a 700 kilómetros de autonomía ). Además, el excedente de las renovables se puede convertir en hidrógeno, que sí es acumulable, y aprovecharlo cuando se necesite.