Fotosíntesis semiartificial para convertir luz solar en combustible



Nuevas energías con fotosíntesis semiartificial
Método con fotosíntesis semiartificial. Configuración experimental de dos electrodos que muestra la célula fotoelectroquímica iluminada con luz solar simulada.

La búsqueda de nuevas formas de aprovechar la energía solar ha dado un paso adelante. Los investigadores lograron dividir el agua en hidrógeno y oxígeno al alterar la maquinaria fotosintética en las plantas.

La fotosíntesis es el proceso que las plantas usan para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se “divide”. Es una de las reacciones más importantes en el planeta porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. El hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.

Un nuevo estudio, dirigido por académicos del St John’s College de la Universidad de Cambridge, utilizó la fotosíntesis semiartificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar.

Utilizaron la luz solar natural para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno. Se valieron de una mezcla de componentes biológicos y tecnologías fabricadas por humanos.

La investigación ahora podría usarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable. Hay un nuevo documento, publicado en Nature Energy del trabajo de académicos en el Laboratorio Reisner en Cambridge. Allí, describe cómo los académicos  desarrollaron su plataforma para lograr la división de agua sin ayuda solar.

Su método de fotosíntesis semiartificial también logró absorber más luz solar que la fotosíntesis natural.

Katarzyna Sokól, primera autora y estudiante de doctorado en St John’s College, dijo: “La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que hace que la cantidad mínima de energía necesaria sea de alrededor del 1-2 por ciento de lo que podría potencialmente convertir y almacenar “.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable. Ya que se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son caros y tóxicos. Esto significa que todavía no se puede usar para escalar los hallazgos a un nivel industrial.

La investigación de Cambridge es parte del campo emergente de la fotosíntesis semiartificial. Tiene como objetivo superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada.

Sokól y el equipo de investigadores no solo mejoraron la cantidad de energía producida y almacenada. También lograron reactivar un proceso en las algas que han estado inactivas durante milenios.

Ella explicó: “La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir protones en hidrógeno. Durante la evolución este proceso se ha desactivado porque no era necesario para la supervivencia. Pero logramos evitar la inactividad para lograr la reacción que queríamos. Dividir el agua en hidrógeno y oxígeno “.

Sokól espera que los hallazgos permitan el desarrollo de nuevos modelo de sistemas innovadores para la conversión de energía solar.

Ella agregó: “Es emocionante que podamos elegir selectivamente los procesos que queremos, y lograr la reacción que queremos que es inaccesible por naturaleza. Esta podría ser una gran plataforma para el desarrollo de tecnologías solares. El enfoque podría ser utilizado para unir otras reacciones para descubrir qué se puede hacer. Aprender de estas reacciones y luego construir piezas sintéticas y más robustas de tecnología de energía solar “.

Este modelo es el primero en utilizar con éxito la hidrogenasa y el fotosistema II para crear una fotosíntesis semiartificial impulsada puramente por energía solar.

El Dr. Erwin Reisner, director del Laboratorio Reisner, miembro del St John’s College de la Universidad de Cambridge, y uno de los autores del artículo describió la investigación con la fotosíntesis semiartificial como un “hito”.

Explicó: “Este trabajo supera muchos desafíos difíciles asociados con la integración de componentes biológicos y orgánicos en materiales inorgánicos para el ensamblaje de dispositivos semi artificiales. También abre una caja de herramientas para desarrollar sistemas futuros para la conversión de energía solar”.


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