En un laboratorio del extremo oeste texano, donde el desierto se funde con la frontera cultural entre México y Estados Unidos, una partícula miles de veces más pequeña que un grano de sal podría marcar el inicio de una revolución energética. Investigadores de la Universidad de Texas en El Paso (UTEP) lograron triplicar la cantidad de lípidos –la materia prima para producir biodiésel– en microalgas del tipo Chlorella vulgaris mediante la exposición a dosis precisas de nanopartículas de óxido de zinc. Lo lograron sin matar las células ni frenar su crecimiento, superando así una de las barreras técnicas más complejas de esta prometedora fuente de energía renovable.
El hallazgo, publicado recientemente en la revista ACS Applied Bio Materials, representa mucho más que un avance experimental. Podría ser la pieza faltante para convertir a las microalgas en una fuente de biocombustibles realmente competitiva, no solo en eficiencia, sino también en sostenibilidad y escalabilidad. Pero para entender por qué este descubrimiento es tan relevante, primero hay que retroceder y preguntarse: ¿por qué las microalgas, y por qué todavía no conquistaron el mercado energético?
Microalgas: la promesa verde que nunca despegó del todo
Desde hace más de dos décadas, científicos, gobiernos y empresas ven en las microalgas un potencial disruptivo para la producción de biocombustibles. A diferencia de cultivos tradicionales como soja, palma o maíz, las microalgas pueden crecer en espacios no agrícolas, incluso en agua salada o residual, sin competir por el uso de la tierra ni requerir pesticidas. Además, pueden fijar dióxido de carbono con una eficiencia hasta 10 veces mayor que las plantas terrestres, funcionando al mismo tiempo como sistema de captura de carbono y como biorreactor de alta productividad.
Lo que las hace ideales también las vuelve esquivas: su metabolismo, aunque prodigioso, no es fácil de manipular. Las cepas más robustas no siempre son las más lipídicas, y las más grasas suelen dejar de crecer cuando acumulan aceites. Este dilema técnico –el balance entre crecimiento celular y contenido energético– es el principal obstáculo para producir biocombustibles algales a escala industrial y con costos competitivos.
La mayoría de los enfoques para incrementar el contenido de lípidos en microalgas se basan en inducirles estrés, ya sea limitando nutrientes como el nitrógeno o el fósforo, o sometiéndolas a condiciones extremas de luz o temperatura. Estos métodos funcionan, pero con una contrapartida letal: ralentizan o detienen la división celular, reduciendo el volumen total de biomasa y, por ende, la eficiencia del proceso.
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Nanotecnología: una forma precisa de estresar sin destruir
Allí es donde entra la nanotecnología, una rama de la ciencia que trabaja con materiales a escalas inferiores a los 100 nanómetros. A esas dimensiones, los átomos interactúan de manera diferente y pueden diseñarse partículas con propiedades únicas. En este estudio, el equipo liderado por el Dr. Hamidreza Sharifan, profesor asistente en el Departamento de Química y Bioquímica de UTEP, aplicó nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) al cultivo de Chlorella vulgaris en concentraciones cuidadosamente controladas.
Los resultados sorprendieron incluso a los investigadores: el contenido de lípidos, que en condiciones normales ronda el 14% de la biomasa, se disparó hasta un 48%, sin que las células dejaran de crecer. Esto significa que por cada litro de cultivo se obtiene no solo más microalga, sino una microalga tres veces más rica en aceites útiles para producir biodiésel.
“Cuando las personas están estresadas, a veces aumentan de peso, o en otras palabras, acumulan más lípidos. Encontramos que algo similar ocurre en las células de las microalgas cuando inducimos estrés, en nuestro caso, mediante la exposición a nanopartículas de óxido de zinc, debido al efecto de las especies reactivas de oxígeno”, explicó Sharifan.
Las especies reactivas de oxígeno (ROS) son moléculas inestables que se generan en las células como respuesta al estrés y que, en dosis controladas, pueden activar rutas metabólicas específicas sin inducir daños letales. La clave del experimento fue encontrar la “zona dorada”: entre 30 y 50 miligramos por litro, las nanopartículas inducen acumulación lipídica; por encima de 50, generan daños oxidativos y reducen la productividad.
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¿Qué cambia este hallazgo?
En términos simples, este avance podría resolver el cuello de botella que impide el escalado de los biocombustibles a base de microalgas. Hasta ahora, la opción de producir aceites vegetales a partir de algas era atractiva en papel, pero inviable en números: o se obtenía biomasa con poco aceite, o se estresaban tanto las células que no se reproducían.
La introducción de un método controlado, reproducible y no letal para inducir lípidos permite pensar en sistemas algales más productivos, adaptables a distintas especies y condiciones de cultivo, desde fotobiorreactores en zonas áridas hasta estanques abiertos con agua residual. Además, el uso de especies como Chlorella vulgaris, ampliamente estudiada, acelera el camino hacia aplicaciones industriales.
Para facilitar esta transición, el equipo de UTEP también diseñó un marco metodológico llamado Biofuel Suitability Score (BSS), que integra múltiples variables como densidad celular, contenido lipídico, viabilidad metabólica y eficiencia del proceso. Esta herramienta no solo sirve para validar los resultados actuales, sino también para evaluar nuevas combinaciones de especies, nutrientes y tecnologías en futuras investigaciones.
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Un paso más cerca de la transición energética
El contexto global no podría ser más propicio para este tipo de innovaciones. Con la demanda energética en aumento y la presión internacional por abandonar los combustibles fósiles, los biocombustibles se posicionan como un eslabón estratégico en la transición hacia una matriz más limpia.
En este sentido, las microalgas ofrecen una vía de producción verdaderamente circular: pueden crecer en aguas no potables, consumir residuos orgánicos, capturar CO₂ y generar combustibles líquidos compatibles con la infraestructura actual. Si tecnologías como la desarrollada por UTEP logran reducir sus costos y mejorar su rendimiento, podrían convertirse en el pivote que faltaba para hacer de la bioenergía una solución masiva, sostenible y global.
La investigación fue desarrollada en colaboración con la Universidad Autónoma de Chihuahua y financiada por la beca de colaboración México-Estados Unidos de UTEP, además de un subsidio del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA.
