In questi ultimi anni, diversi gruppi di ricerca hanno sperimentato tecniche di ingegneria genetica per alterare il metabolismo di batteri, inducendoli a nutrirsi di inquinanti, come l’anidride carbonica, producendo parallelamente sostanze più utili, come carburanti. Di recente, il chimico della Harvard University Daniel Nocera, nel corso di una conferenza all’Energy Policy Institute di Chicago, ha annunciato che lui e i suoi colleghi sono riusciti a ingegnerizzare un batterio rendendolo capace di assorbire anidride carbonica e idrogeno, espellendo successivamente diversi tipi di combustibili alcolici, insieme a biomasse che possono essere bruciate e utilizzate come fonte di energia. Nocera ha lavorato a questa ricerca per diciotto mesi con un gruppo di biologi dell’Harvard Medical School e il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Science.
Daniel Nocera aveva raggiunto un certo livello di notorietà cinque anni fa, quando lui e il suo team hanno annunciato di aver creato una foglia artificiale che avrebbe potuto essere utilizzata per generare idrogeno da utilizzare come combustibile (un’idea che, però, al contrario di quanto sperava, non ha condotto a celle a combustibile a idrogeno che portavano benzina nelle automobili). La foglia artificiale, che Nocera aveva sviluppato quando era al MIT, era composta da silicone e altri elementi e poteva essere immersa in acqua e esposta alla luce del sole continuando a dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. L’idrogeno, che è un combustibile pulito, è solitamente ricavato dal gas naturale in un processo che emette gas serra. Adesso, con la nuova ricerca il suo obiettivo sono le fonti di combustibile per Paesi più bisognosi come alcune regioni dell’India, in cui non c’è ancora l’elettricità.
Il batterio al centro dello studio, il cui nome è Ralstonia eutropha, è stato modificato tramite ingegneria genetica. La sua versione naturale si nutre di composti organici o idrogeno e si riproduce. Il microrganismo modificato geneticamente prende invece anidride carbonica e idrogeno che utilizza per produrre adenosina trifosfato (ATP), molecola energetica usata dagli organismi naturali, in modo simile a come fanno le piante. Il team ha compiuto un importante passo avanti applicando le metodologie sperimentate da Anthony Sinskey, che inducono il batterio a convertire l’ATP in diversi tipi di alcol (isopentano, alcol isobutilico, isopropanolo) che sono stati poi espulsi. Sinkey, professore di microbiologia al MIT, ha sviluppato infatti una tecnica che si basa sull’inserimento di diversi geni nel batterio in modo da convertire l’ATP in alcol e farlo espellere dal microrganismo.
Secondo Nocera, quando il batterio è stato messo in condizioni di riprodursi, alcuni gruppi di Ralstonia eutropha sono stati capaci di produrre sostanze alcoliche con una efficienza del 6% e biomasse (che possono poi essere impiegate per ottenere carburanti) con il 10,6 % di efficienza; le piante, in confronto, nel convertire la luce solare e l’anidride carbonica in biomassa fanno registrare un’efficienza dell’1% circa. «Lasciati liberi di riprodursi, crescono in modo esponenziale mangiando idrogeno, la loro unica fonte di cibo, e respirando CO2. Continuano a moltiplicarsi e a procreare seguendo una curva di crescita esponenziale» ha spiegato Nocera. I numeri sembrano certo incoraggianti: un reattore da un litro dei batteri di Nocera può catturare 500 litri di anidride carbonica atmosferica ogni giorno e per ogni kilowattora di energia prodotto, si possono rimuovere 237 litri di anidride carbonica dall’aria.
Le applicazioni pratiche di un batterio di questo tipo, che può respirare CO2 e produrre energia, sono potenzialmente illimitate. Secondo alcuni, masse di batteri geneticamente modificati potrebbero catturare anidride carbonica dall’atmosfera e ridurre così il riscaldamento globale. Secondo Nocera, invece, una delle applicazioni più probabili potrebbe invece riguardare la produzione di alcool e biomasse da bruciare come fonte di energia. Il tipo di risorsa che si sta considerando, infatti, è carbon neutral perché prende, sì, CO2 dall’aria ma la restituisce all’atmosfera una volta che il carburante alcolico che produce  viene bruciato. Nocera – che è anche membro della Indian Academy of Sciences – e i suoi collaboratori stanno attualmente cercando finanziatori per portare la sua tecnologia in alcune regioni, molto povere, dell’India. In questo Paese, infatti, in molte aree non sono state costruite infrastrutture adatte e circa 300 milioni di persone non hanno accesso all’elettricità.
Questo settore di ricerca è abbastanza vivace e sta vivendo negli ultimi anni discreti successi. Nel 2009, per esempio, un gruppo di scienziati della University of California di Los Angeles, guidato dal chimico James C. Liao, annunciò di aver fatto in modo che il cianobatterio Synechoccus elongatus, che consuma anidride carbonica, producesse poi alcol isobutano. Nel 2012, in una ricerca del MIT si modificò invece geneticamente il batterio Ralstonia eutropha – protagonista anche del nuovo studio – per fargli convertire carbonio in isobutano.