Imitar la fotosíntesis para generar energía limpia

EFEFuturo -Si bien en la fotosíntesis interviene la energía solar -que la planta convierte en energía química y, luego, en nutrientes-, el CO2 o la clorofila, lo que interesa sobre todo a los científicos es el agua y los dos elementos que la forman, el hidrógeno y el oxígeno.

Y es que, uno de los objetivos de la fotosíntesis artificial es imitar el proceso por el que se descompone este líquido en moléculas de hidrógeno y oxígeno, tal y como ocurre en la fotosíntesis natural: el hidrógeno formado podría usarse en un futuro como combustible en vehículos a motor en sustitución del petróleo.

Las plantas hacen su fotosíntesis en dos etapas, una llamada luminosa y que depende de la luz solar, y otra denominada oscura, en la que tienen lugar reacciones que no necesitan de esa luz del sol.

En la primera etapa es en la que ocurre esa división del agua en hidrógeno y oxígeno gracias a la luz solar, y, ahora, un equipo de científicos, liderado por el CIC biomaGUNE, ha logrado reproducirla.

Y lo ha hecho con luz solar. Descomponer el agua en sus dos moléculas se puede hacer muy fácilmente, pero aplicando energía eléctrica, un proceso muy común que se conoce como electrólisis del agua, detalla a Efe Maurizio Prato, director del área de Nanobiotecnología del Carbono del CIC biomaGUNE (Guipúzcoa).

Para ello es necesaria mucha energía y “si necesitamos más energía de la que obtenemos, no es un proceso que merezca la pena”.

De ahí el empeño del grupo de Prato en copiar a las plantas: “hemos intentado y conseguido la división del agua en hidrógeno y oxígeno a través de la luz solar, que no cuesta nada”, resume el investigador, que ha publicado estos avances en Nature Chemistry.

Para ello, crearon un sistema con varios elementos: una especie de antena receptora de luz solar; un cátodo, donde se concentra el hidrógeno; un ánodo, donde se concentra el oxígeno, y un catalizador -sustancia que incrementa la velocidad de una reacción química-.

Para lograr la antena, el equipo de Patro recreó la pieza funcional más pequeña que compone la hoja, un cuantosoma artificial; en las plantas, los pigmentos -antenas para capturar la luz- se encuentran organizados en cuantosomas, que son la mínima entidad estructural que puede obtener luz y convertirla en energía química.

Así, los investigadores utilizaron este sistema para conseguir capturar energía del sol y comenzar un proceso -el de la fotosíntesis- que tiene entre sus primeras reacciones químicas la oxidación del agua en oxígeno -la energía solar estimula la ruptura de las moléculas de agua, provocando que el oxígeno se libere-.

El objetivo final de Prato y su equipo es contribuir a la obtención de una fuente de energía limpia y eficiente. Se podrían llegar a conseguir células solares que generen moléculas de hidrógeno, pero no solo eso.

El hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua en un proceso que es altamente energético; genera mucha energía, similar a la que se obtiene cuando un hidrocarburo como el metano o la gasolina se quema en el motor de un coche.

Lo ideal sería hacer un motor que funcione con hidrógeno -de ahí la necesidad primero de división de las moléculas de agua con luz solar- y que se combine con oxígeno, y genere después agua y energía que permita mover el vehículo, apunta Prato, quien señala que hacer hidrógeno ahora cuesta mucho.

Si bien lo del coche “aún es un sueño que suena a ciencia ficción, estamos intentando hacerlo y que sea rentable económicamente. Es un tema muy competitivo y nosotros hemos logrado un sistema molecular que va a permitir avances importantes”.

Prato admite que, aunque este trabajo es un paso más, aún queda mucho por hacer: este es un experimento de laboratorio, ahora hay que construir un sistema que pueda funcionar a gran escala y optimizar el proceso.

Hay además que encontrar nuevos catalizadores que hagan el proceso “más fácil y robusto”. En la actualidad están usando rutenio, un metal noble que cuesta mucho y que no es abundante en la naturaleza.

El reto, añade Patro, es hacer catalizadores basados en átomos más abundantes, como átomos de hierro y cobalto.

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