Recrear el proceso de fotosíntesis, por el que las plantas convierten de forma natural la luz del sol, el agua y el dióxido de carbono en energía química para alimentarse, es un objetivo clave en la investigación sobre energías renovables, y un nuevo estudio de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) de Singapur podría contribuir a estos esfuerzos. Sus científicos han demostrado que encerrar a las algas en diminutas gotas puede triplicar su capacidad natural de obtención de energía, lo que supone un paso más hacia la viabilidad comercial de esta tecnología.
Uno de los retos a los que se enfrentan los científicos que trabajan en la fotosíntesis artificial es la eficacia relativamente escasa de las soluciones desarrolladas hasta ahora.
Mientras que los paneles solares suelen convertir la luz del sol en energía con una eficiencia de alrededor del 20%, las actuales tecnologías de fotosíntesis artificial funcionan con una eficiencia de alrededor del 4-5%, según el equipo de la NTU.
La fotosíntesis artificial no es tan eficiente como las células solares en la generación de electricidad. Sin embargo, es más renovable y sostenible. Debido al creciente interés por las tecnologías renovables y respetuosas con el medio ambiente, la extracción de energía a partir de las proteínas captadoras de luz de las algas ha despertado un gran interés en el campo de la bioenergía.
Chen Yu-Cheng, director del estudio.
Las proteínas en las que se centra la investigación de Cheng se conocen como ficobiliproteínas, que se encargan de absorber la luz dentro de las células de las algas, y lo hacen con longitudes de onda de todo el espectro. Los científicos se propusieron potenciar su capacidad de convertir la luz captada en energía, y su método innovador consiste en encapsular las algas rojas en diminutas gotas de cristal líquido de apenas 20 a 40 micras.
Cuando la luz incide en la gota, sus bordes curvados inducen lo que los investigadores denominan «modo galería de susurros«, en el que la luz recorre el perímetro y queda atrapada en el interior de la gota durante más tiempo. Y una mayor cantidad de luz atrapada en el interior durante más tiempo significa una mayor oportunidad para que se produzca la fotosíntesis. Los electrones generados se pueden capturar con la ayuda de electrodos.
La gota se comporta como un resonador que confina una gran cantidad de luz. Esto hace que las algas estén más expuestas a la luz, lo que aumenta la tasa de fotosíntesis.
Chen Yu-Cheng
Se puede obtener un resultado similar recubriendo también el exterior de la gota con la proteína del alga. Al aprovechar las microgotas como portadoras de biomateriales recolectores de luz, el fuerte aumento del campo eléctrico local y el confinamiento de fotones en el interior de la gota dieron lugar a una generación de electricidad significativamente mayor.
Según Chen, el tratamiento de gotas del equipo aumenta la generación de energía entre dos y tres veces en comparación con una proteína de algas no tratada. Lo que favorece al equipo a la hora de ampliar la tecnología es que las gotas pueden producirse a granel y a bajo coste. Estas gotas podrían incluso producirse en formas más grandes para envolver las algas que crecen en las masas de agua, que a su vez podrían actuar como generadores de energía flotantes.
Las microgotas usadas en nuestros experimentos tienen el potencial de convertirse en gotas más grandes que podrían aplicarse a las algas fuera de un entorno de laboratorio para crear energía. Aunque algunos podrían considerar que el crecimiento de las algas es antiestético, desempeñan un papel muy importante en el medio ambiente. Nuestros descubrimientos demuestran que hay una forma de convertir lo que algunos podrían considerar «biobasura» en «bioenergía».
Chen Yu-Cheng
Otra posibilidad es aprovechar esta tecnología para aumentar el rendimiento de las células solares orgánicas.
De este modo, este nuevo estudio no solo desvela un nuevo mecanismo por el que se podría mejorar la fotosíntesis artificial, sino que contribuye a nuestra comprensión de cómo los biomateriales interactúan con la luz, y cómo ese conocimiento podría aprovecharse en la búsqueda de energía limpia.
Más información: acs.org (texto en inglés).
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