La nueva herramienta utiliza una forma avanzada de electrodoionización (EDI), una tecnología utilizada para obtener agua ultrapura. La IDE avanzada proporciona una mejor forma de controlar la acidez de la solución en la que crece un organismo, y esto ayuda a optimizar el proceso de producción realizado por éste. También separa eficazmente las sustancias químicas creadas por los microorganismos, lo cual permite que el proceso se ejecute de forma continua. Al crear un ambiente menos nocivo para su desarrollo, la herramienta podría facilitar la ingeniería de microorganismos para la producción de nuevos productos químicos.
En la EDI convencional, las resinas estiran las moléculas cargadas, o iones, hacia fuera de la solución. A continuación, un campo eléctrico transporta los iones a una membrana que permite que los iones pasen a su través, pero filtra otros productos químicos. El sistema también puede controlar la acidez de la solución utilizando el campo eléctrico para separar pequeñas cantidades de agua en varios componentes ácidos o básicos, y luego seleccionar uno u otro para que sea extraído por la membrana.
En un sistema EDI convencional, la resina tiene forma de granos pequeños, agrupados al azar de manera que a menudo las conexiones entre ellos son malas. Hay un compromiso entre la conductividad de la resina, lo que afecta la eficiencia del sistema, y su porosidad, que afecta a la rapidez con que se pueden producir las sustancias químicas.
Los investigadores de Argonne han desarrollado lo que ellos llaman obleas de resina, que combinan múltiples resinas, agentes aglutinantes y aditivos para mejorar la conductividad y la porosidad del material. El enfoque también mantiene bajos los costes de electricidad--sólo se necesitan unos pocos centavos de electricidad para producir una libra de un producto químico que se vende por un dólar, señala Seth Snyder, quien encabeza el proyecto de Argonne.
El primero uso de esta tecnología podría ser para realizar una fermentación más barata. Una de las mayores aplicaciones industriales de la fermentación es la producción de precursores de los plásticos como el ácido succínico, y de aditivos alimentarios como el ácido cítrico. Sin embargo, estos ácidos deben ser contrarrestados mediante la adición de grandes cantidades de materias alcalinas, como el hidróxido de calcio, que luego se convierten en productos de desecho, tales como el yeso.
David Dodds, presidente de Dodds y Asociados, un consultor de la industria con muchos años de experiencia, destaca que el tratamiento con hidróxido de calcio es la parte más cara de la fermentación, con la posible excepción del coste del azúcar necesario para alimentar a los organismos. La nueva herramienta elimina totalmente la necesidad de añadir hidróxido de calcio precisamente gracias al control de la acidez, explica él.
La tecnología de Argonne también hace posible la producción continua. En la fermentación convencional, los organismos se cultivan en un tanque donde excretan un producto hasta que éste alcanza una concentración que tóxica para el organismo. Entonces, se vierte el contenido del tanque de fermentación y el proceso comienza de nuevo. Con la nueva herramienta de EDI, el producto químico puede ser retirado al mismo tiempo que se produce, por lo que las concentraciones se mantienen bajas. Los microorganismos pueden seguir produciendo el producto químico durante hasta 10 veces más.
La nueva herramienta también podría facilitar la ingeniería de organismos para nuevas aplicaciones. Esto hace innecesario el uso de organismos resistentes a los ácidos, o de organismos que puedan tolerar altas concentraciones del producto químico que producen.
Los investigadores de Argonne han demostrado la producción y purificación de productos químicos en una planta piloto de pequeña escala. La asociación con Nalco pondrá versiones de producción del sistema a disposición de las empresas y otros investigadores. Aunque todavía no se sabe con precisión cuál será el coste del equipo para la producción comercial, Dodds afirma: "A mi me parece que habrá un ahorro de costes significativo."