Los humanos podemos hacer muchas cosas que las plantas no pueden hacer. Podemos caminar, hablar, oír, ver y tocar. Pero las plantas tienen una gran ventaja sobre los humanos: Pueden obtener energía directamente del sol.
Ese proceso de convertir la luz solar en energía utilizable -llamado fotosíntesis- podría ser pronto una hazaña que los humanos puedan imitar para aprovechar la energía del sol y obtener un combustible limpio, almacenable y eficiente.
En una hora llega a la Tierra suficiente energía en forma de luz solar como para satisfacer las necesidades energéticas de la civilización humana durante todo un año.
Yulia Puskhar, biofísica y profesora de física en la Facultad de Ciencias de Purdue, podría tener una forma de aprovechar esa energía imitando a las plantas.
La energía eólica y la solar, aprovechada por las células fotovoltaicas, son las dos principales formas de energía limpia disponibles. Añadir una tercera -la fotosíntesis sintética- cambiaría radicalmente el panorama de las energías renovables.
La capacidad de almacenar la energía fácilmente, sin necesidad de grandes baterías, mejoraría drásticamente la capacidad del ser humano para alimentar al planeta de forma limpia y eficiente.
Tanto los aerogeneradores eólicos como la energía fotovoltaica tienen aún ciertas barreras para alimentar de forma constante y a gran escala al mundo. Pushkar espera que la fotosíntesis artificial pueda ayudar a resolver parte de esos problemas.
Nosotros y otros investigadores de todo el mundo estamos trabajando muy duro para intentar conseguir una energía accesible. Una energía limpia y sostenible que podamos crear con elementos no tóxicos y fácilmente disponibles. Nuestra fotosíntesis artificial es el camino a seguir.
Yulia Puskhar
La fotosíntesis es un complejo baile de procesos por el que las plantas convierten la radiación solar y las moléculas de agua en energía utilizable en forma de glucosa. Para ello, utilizan un pigmento, generalmente la famosa clorofila, así como proteínas, enzimas y metales.
El proceso más parecido a la fotosíntesis artificial que tiene el ser humano en la actualidad es la tecnología fotovoltaica, en la que una célula solar convierte la energía del sol en electricidad. Este proceso es famoso por su ineficacia, ya que sólo es capaz de captar un 20% de la energía del sol. La fotosíntesis, en cambio, es radicalmente más eficiente; es capaz de almacenar el 60% de la energía solar en forma de energía química en biomoléculas asociadas.
La eficiencia de las células fotovoltaicas simples –paneles solares– está limitada por la capacidad de los semiconductores para absorber la energía de la luz y por la capacidad de la célula para producir energía. Ese límite es algo que los científicos podrían superar con la fotosíntesis sintética.
Con la fotosíntesis artificial no hay limitaciones físicas fundamentales. Se puede imaginar muy fácilmente un sistema con un 60% de eficiencia, porque ya tenemos un precedente en la fotosíntesis natural. Y si nos ponemos muy ambiciosos, podríamos incluso imaginar un sistema de hasta el 80% de eficiencia.
La fotosíntesis es muy eficiente cuando se trata de dividir el agua, un primer paso de la fotosíntesis artificial. Las proteínas del Fotosistema II de las plantas lo hacen mil veces por segundo. Parpadea y ya está hecho.
Yulia Puskhar
El grupo de Pushkar está imitando el proceso construyendo su propio análogo de hoja artificial que recoge la luz y divide las moléculas de agua para generar hidrógeno.
El hidrógeno verde puede utilizarse como combustible por sí mismo a través de pilas de combustible o añadirse a otros combustibles, como el gas natural, alimentando todo tipo de aparatos, desde vehículos hasta casas, pasando por pequeños dispositivos electrónicos, laboratorios y hospitales.
Los científicos del laboratorio de Pushkar experimentan con proteínas naturales del fotosistema II y con combinaciones de catalizadores sintéticos para intentar comprender qué funciona mejor y por qué. También da prioridad al uso de compuestos y sustancias químicas que abundan en la Tierra, son fácilmente accesibles y no son tóxicas para el planeta.
El progreso en la fotosíntesis artificial se complica, sin embargo, por el hecho de que la fotosíntesis es tan polifacética, un hecho que lamentan los estudiantes de bioquímica de todo el mundo.
«La reacción es muy compleja«, afirma Pushkar. «La química de la división de las moléculas de agua es extremadamente intrincada y difícil«.
Los científicos llevan trabajando en la fotosíntesis artificial desde la década de 1970. Eso es mucho tiempo, pero no cuando se recuerda que la fotosíntesis tardó millones de años en evolucionar. No sólo eso, sino que los científicos creen que, a diferencia del vuelo, la comunicación o la inteligencia, la fotosíntesis sólo ha evolucionado una vez: hace unos 3.000 millones de años, sólo unos 1.500 millones de años de existencia de la Tierra.
Pushkar afirma que en los próximos 10-15 años se habrán hecho suficientes progresos como para que los sistemas comerciales de fotosíntesis artificial puedan empezar a funcionar.
Más información: www.sciencedirect.com
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