Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado diminutos «rascacielos» impresos en 3D para las comunidades de bacterias fotosintéticas que convierten la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en energía.
Al crear redes de «nanoviviendas» de gran altura para estas bacterias amantes del sol, el equipo ha abierto un nuevo camino en este ámbito.
Los investigadores de Cambridge creen que proporcionar a estas comunidades el tipo de hogar adecuado aumenta la cantidad de energía que pueden extraer en más de un orden de magnitud.
Las bacterias fotosintéticas o cianobacterias son las formas de vida más abundantes de la Tierra y necesitan mucha luz solar para crecer, como la superficie de un lago en verano. Para extraer la energía que producen a través de la fotosíntesis, las bacterias necesitan estar unidas a electrodos.
Ha habido un cuello de botella en cuanto a la cantidad de energía que se puede extraer realmente de los sistemas fotosintéticos, pero nadie entendía dónde estaba el cuello de botella. La mayoría de los científicos suponían que el cuello de botella estaba en el lado biológico, en las bacterias, pero hemos descubierto que un cuello de botella sustancial está en realidad en el lado del material.
Dra. Jenny Zhang, Departamento de Química Yusuf Hamied
Los investigadores imprimieron en 3D electrodos personalizados a partir de nanopartículas de óxido metálico adaptadas para trabajar con las cianobacterias mientras realizan la fotosíntesis. Estos electrodos se imprimieron como estructuras de pilares muy ramificados y densamente empaquetados, como una pequeña ciudad. Los investigadores afirman que los electrodos tienen excelentes propiedades para manejar la luz, como un apartamento de gran altura con muchas ventanas.
Las cianobacterias necesitan algo a lo que puedan adherirse y formar una comunidad con sus vecinos. Los electrodos permiten un equilibrio entre mucha superficie y mucha luz, como un rascacielos de cristal. Una vez que las cianobacterias autoensambladas estaban en su nuevo hogar, el equipo descubrió que eran más eficientes que otras tecnologías bioenergéticas actuales, como los biocombustibles.
El sistema aumentó la cantidad de energía extraída en más de un orden de magnitud respecto a otros métodos de producción de bioenergía a partir de la fotosíntesis. Los investigadores fueron capaces de extraer los electrones residuales de la bacteria, sobrantes de la fotosíntesis, que podrían utilizarse para alimentar pequeños aparatos electrónicos.
Me sorprendió que fuéramos capaces de alcanzar las cifras que logramos: se han predicho cifras similares durante muchos años, pero ésta es la primera vez que se demuestran experimentalmente. Las cianobacterias son fábricas químicas versátiles. Nuestro enfoque nos permite aprovechar su vía de conversión de energía en un punto inicial, lo que nos ayuda a entender cómo llevan a cabo la conversión de energía para que podamos utilizar sus vías naturales para la generación de combustibles renovables o productos químicos.
Dra. Jenny Zhang
La técnica de impresión del equipo también permite controlar múltiples escalas de longitud, lo que hace que las estructuras sean altamente personalizables, lo que podría beneficiar a una amplia gama de sectores.
Vía www.cam.ac.uk
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