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Fotosíntesis artificial

Fotosíntesis artificial: ¿el futuro de una energía limpia?

Su desarrollo extendería el uso de la luz solar y el hidrógeno como sistema energético ecológico, y reduciría además los efectos del cambio climático

El secreto de una energía limpia, barata e inagotable podría encontrarse en las plantas. Científicos de todo el mundo están tratando de reproducir en laboratorio el proceso de la fotosíntesis. Si lo consiguen, podría servir para generalizar un sistema energético ecológico basado en el hidrógeno y la energía solar, capaz incluso de combatir los efectos del calentamiento global al reducir el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera.



La fotosíntesis es un proceso esencial para la vida en la Tierra, ya que permite a plantas, algas y algunas bacterias utilizar la luz solar para transformar el agua en oxígeno e hidrógeno. Este último elemento reacciona con el CO2 y ayuda a sintetizar carbohidratos, que sirven a dichos organismos para almacenar energía.

Si cambiamos planta por, por ejemplo, coche de hidrógeno, el sistema podría servir para generar energía de forma ecológica y barata. Diversos equipos de investigación internacionales trabajan para hacerlo realidad, y en este sentido, las noticias con avances en el campo de la fotosíntesis artificial son cada vez más numerosas.

Recientemente, un grupo de científicos internacionales coordinados desde la Universidad australiana de Monash ha utilizado manganeso para extraer el hidrógeno y el oxígeno del agua utilizando energía solar y electricidad con una potencia de 1,2 voltios. El sistema, que se detalla en la revista científica alemana Angewandte Chemie, cuenta con una capa de Nafion un conductor de protones para formar una membrana ultradelgada que agrupa las partículas de manganeso. Al pasar agua por la membrana y exponerla a la luz se oxida, creando protones y electrones, lo que se utiliza para extraer hidrógeno.

Las noticias con avances en el campo de la fotosíntesis artificial son cada vez más numerosas.

En el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), el químico Daniel Nocera ha creado un catalizador de cobalto y fósforo que escinde el agua a temperatura ambiente. Nocera asegura que su descubrimiento, publicado en la revista Science, supondrá un mayor desarrollo de la tecnología solar fotovoltaica. Además de tener un coste muy bajo, afirma, permitirá aprovechar el exceso de energía solar durante la noche para, por ejemplo, recargar en los hogares células de combustible para suministrar energía a electrodomésticos o a un coche eléctrico.

En este sentido, el desarrollo de nuevos materiales y catalizadores que permitan la fotosíntesis artificial centra el trabajo de varios equipos. Por ejemplo, en Alemania, científicos del Centro de Investigación Jülich han sintetizado un complejo de óxido de metal inorgánico estable que posibilita una rápida y efectiva oxidación del agua. Y en el Instituto Max Planck, un equipo dirigido por Markus Antonietti ha activado con éxito CO2 para usarlo en una reacción química usando nitrito de carbono grafítico, un nuevo tipo de catalizador libre de metal.

En otra vía de investigación, un equipo de la Universidad de California en Berkeley, dirigido por el físico químico Graham Fleming trabaja para descubrir cómo las plantas transfieren la energía a través de una red de pigmento-proteína con casi un cien por cien de eficiencia. En un reciente artículo del Biophysical Journal explican que, tras rastrear el flujo de energía mediante una técnica basada en el láser, han logrado por primera vez conectar dicho flujo a funciones de transferencia energética, lo que en su opinión constituye una línea de investigación muy prometedora.

Por su parte, los químicos James Muckerman y Dmitry Polyansky, del Laboratorio Nacional Brookhaven, perteneciente al Departamento de Energía de EE.UU., prueban un catalizador de rutenio que permita también esa conversión del agua.

Soluciones nanotecnológicas



La nanotecnología podría ser crucial para hacer posible la fotosíntesis artificial. Así lo cree un equipo de investigadores de la Universidad Hebei Normal de Ciencia y Tecnología en Qinhuangdao, China, que afirma haber solucionado un paso clave que se resistía hasta ahora en dicho objetivo. Gracias a una estructura de nanotubos de carbono, los científicos chinos han recreado el sistema de electrones múltiple, que en la fotosíntesis natural posibilita la energía para reacciones como la síntesis de los carbohidratos.

Según sus responsables, el sistema, publicado en la revista ChemPhysChem ha sido desarrollado en principio para aumentar la eficiencia del proceso de transformación de la energía solar en electricidad, aunque creen que podría ser la clave para la fotosíntesis artificial

En la Universidad de Kyoto, un grupo de ingenieros dirigido por Hideki Koyanaka ha creado un material a partir de una técnica que permite producir nanopartículas muy puras de dióxido de manganeso. Sus responsables afirman que permitirá la producción de sistemas baratos y eficaces para sintetizar azúcares y etanol a partir de la luz y del CO2, disminuyendo de paso la cantidad de emisiones de este gas a la atmósfera. Por el momento, los investigadores nipones planean comercializarlo en pequeños dispositivos para reducir el CO2 de coches o fábricas.

Dificultades por salvar



A pesar de los constantes y cada vez más numerosos avances, la fotosíntesis artificial como proceso energético generalizable y económico tiene un largo camino que recorrer. Los sistemas desarrollados por el momento aún se encuentran en una fase inicial, y son varias las dificultades que tienen que salvar.

Por ejemplo, los catalizadores que podrían ser la base del proceso energético funcionan, pero todavía son poco eficientes y lentos. Además, alguno de los pasos de la fotosíntesis natural, aunque ya empiezan a ser reproducidos, todavía se resisten. En otros casos, el proceso de oxidación del agua produce sustancias agresivas, un problema que las plantas resuelven reparando y reemplazando sus catalizadores naturales constantemente.


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