Investigadores desarrollan fotosíntesis artificial 10 veces más eficiente
13 noviembre, 2022
El consumo energético de nuestra especie es muy elevado y en los últimos dos siglos se ha recurrido a los combustibles fósiles. Una de las alternativas para producir energía es la fotosíntesis artificial.
Existen desde hace tiempo sistemas que imitan a la fotosíntesis de las plantas. Un equipo de químicos de la Universidad de Chicago proponen un sistema que produce metano que puede ser usado como combustible a partir del sol, dióxido de carbono y agua.
Un sistema artificial para obtener energía con pocos insumos
Los combustibles fósiles son sustancias con energía densa que acumularon durante miles de millones de años energía proveniente de fotosíntesis. Recurrir a este sistema para crear energía es una alternativa lógica. Sin embargo, imitar y mejorar este proceso no es tarea fácil.
“El mayor desafío que muchas personas no se dan cuenta es que incluso la naturaleza no tiene solución para la cantidad de energía que utilizamos”, señala Wenbin Lin, quien es profesor de química en la Universidad de Chicago y autor principal del estudio.
Incluso la fotosíntesis se ve rebasada por nuestras necesidades energéticas. “Tendremos que hacerlo mejor que la naturaleza, y eso da miedo”, comenta Wenbin Lin. De ahí que la experimentación con sistemas de fotosíntesis artificial se vea como alternativa, una muy compleja, además.
La fotosíntesis natural produce carbohidratos. Para esto requiere de agua y dióxido de carbono. Por otro lado, la fotosíntesis artificial que propone el equipo de la Universidad de Chicago produce etanol, metano y otros combustibles.
Por ahora se trata de un método experimental. Antes que ser una solución para alimentar vehículos que funcionan a partir de combustibles fósiles, es una propuesta para que los investigadores exploren una nueva ruta. Una de las posibilidades es que se propongan métodos para obtener otras sustancias químicas.
“Esta es una gran mejora en los sistemas existentes, pero igual de importante, hemos sido capaces de establecer una comprensión muy clara de cómo funciona este sistema artificial a nivel molecular, que no se ha logrado antes”, explica Wenbin Lin.
Los investigadores partieron de una idea sencilla. La fotosíntesis crea carbohidratos, que nos sirve a nosotros como combustible. Sin embargo, nuestros dispositivos que consumen energía como los autos requieren energía más concentrada.
El proceso de fotosíntesis natural incluye un conjunto complejo de proteínas y pigmentos. Ellos absorben las moléculas de agua, rompen moléculas y reorganizan átomos. De esta forma obtienen carbohidratos que son una cadena larga de compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
El trabajo de los investigadores de la Universidad de Chicago consistió en rediseñar las reacciones de la fotosíntesis para conseguir un arreglo diferente. El objetivo era obtener un núcleo de carbono rodeado por hidrógeno, que es el metano o CH4.
Aunque parezca un simple reacomodo, es algo que se ha buscado por décadas. Para conseguirlo, el equipo de la Universidad de Chicago trabajó con un material conocido como armazón metal-orgánico o MOF, por sus siglas en inglés. Es una clase de compuesto formado por iones metálicos unidos por moléculas orgánicas de enlace.
El diseño de los MOF fue en una capa aislada para conseguir la mayor área posible de reacciones químicas. Sumergieron todo en una solución que incluía un compuesto de cobalto para transportar a los electrones.
Para experimentar alternativas se agregó aminoácidos a los MOF para comparar resultados. En ambas partes de la reacción, la separación del agua y la adición de electrones y protones al dióxido de carbono, la mejor alternativa fueron los aminoácidos.
Por ahora este proceso no es una alternativa para producir combustibles pero sí otros productos. Los componentes básicos para hacer medicamentos o medias de nylon podrían obtenerse mediante este método. Esto se debe a que requieren cantidades pequeñas de moléculas.