El amoniaco biotecnológico por el Prof. Dr. D. Francisco García Carmona, académico de número

Columna de lA Academia publicada en el Diario La Verdad el 13 de mayo de 2017

La necesidad de amoniaco (NH3) para mantener el desarrollo actual es de 140 megatoneladas al año.

Dos procesos contribuyen a paliar esta necesidad, el proceso industrial de Haber-Bosch que produce amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno y la reducción biológica de nitrógeno por la enzima Nitrogenasa, que se encuentra solo en un grupo de bacterias del suelo capaces de fijar nitrógeno a expensa de energía que se suministra in vivo en forma de ATP.

Fritz Haber recibió el premio Nobel de Química en 1918 y Carl Bosch lo recibió en 1931 por el descubrimiento y desarrollo del método de síntesis química a alta presión. El proceso Haber-Bosch fue descubierto en 1909 y ha evolucionado hacia una tecnología, que hoy en día consume más del 1% de la energía del mundo pues requiere altas temperatura 500ºC y alta presión 20MPa y contribuye con un 3% del CO2 global.

Este año, un grupo de investigadores americanos (Universidad de Utah), irlandeses (Universidad de Galway) y españoles (Instituto de Catálisis y Petroquímica, CSIC) han conseguido sintetizar amoniaco en una pila de combustible biológico (ATP) que además produce electricidad.

En el ánodo de la pila se producen electrones y protones a parir de hidrógeno mediante la enzima Hidrogenasa, los electrones son enviados a través del circuito eléctrico al cátodo, por su parte, los protones serán utilizados por la enzima Nitogenasa junto con los electrones procedentes del cátodo para reducir nitrógeno a amoniaco, usando energía biológica en forma de ATP.

Así pues, es posible en esta pila obtener amoniaco y a la vez energía eléctrica, pero hoy en día solo tenemos la prueba de concepto. Para que esta tecnología con base biológica pueda ser útil serios problemas deben de ser superados, como son, eliminar el uso de ATP como fuente de energía y la estabilización de las enzimas, en este caso de una manera singular la estabilización de Nitogenasa frente al oxígeno. Ambos problemas están siendo abordados por los investigadores que han desarrollado la pila.

Por otro lado, si deseamos eliminar completamente la huella de CO2 del proceso de síntesis de amoniaco, debe superarse el actual procedimiento de obtención del hidrógeno desde metano, que consume grandes cantidades de energía. Una solución biotecnológica ha sido ya apuntada por el grupo de los coautores del CSIC, que recientemente han obtenido hidrógeno a partir de agua y de la luz usando un sistema fotosintético constituido por un fotocatalizador híbrido que combina un semiconductor e Hidrogenasa. El semiconductor es capaz de absorber luz visible y una vez excitado cede electrones al catalizador enzimático para reducir los protones a hidrogeno.