Los seres humanos pueden hacer muchas cosas que las plantas no pueden hacer. Podemos caminar, podemos hablar, podemos oír, ver y tocar. Pero las plantas tienen una gran ventaja sobre los seres humanos: pueden producir energía directamente del sol.
Ese proceso de convertir la luz solar directamente en energía utilizable, llamado fotosíntesis, pronto puede ser una hazaña que los humanos puedan imitar para aprovechar la energía del sol para obtener combustible limpio, almacenable y eficiente. De ser así, podría abrir una nueva fronterade energía limpia. Suficiente energía llega a la tierra en forma de luz solar en una hora para satisfacer todas 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, puede tener una forma de aprovechar esa energía imitando a las plantas.
La energía eólica y la energía solar, aprovechadas por células fotovoltaicas, son las dos formas principales de energía limpia disponibles. Agregar una tercera, la fotosíntesis sintética, cambiaría drásticamente el panorama de las energías renovables. La capacidad de almacenar la energía fácilmente, sin necesidad debaterías voluminosas, mejorarían drásticamente la capacidad de los humanos para alimentar la sociedad de manera limpia y eficiente.
Tanto las turbinas eólicas como la energía fotovoltaica tienen desventajas en términos de efectos ambientales y factores de complicación. Pushkar espera que la fotosíntesis artificial pueda evitar esos escollos.
"Nosotros y otros investigadores de todo el mundo estamos trabajando increíblemente duro para tratar de obtener energía accesible", dijo Pushkar. "Energía limpia y sostenible que podemos crear con elementos no tóxicos y fácilmente disponibles. Nuestra fotosíntesis artificial es lacamino a seguir. "
La fotosíntesis es una danza compleja de procesos mediante los cuales 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 cercano a la fotosíntesis artificial que tienen los seres humanos hoy en día es la tecnología fotovoltaica, en la que una célula solar convierte la energía del sol en electricidad. Ese proceso es famoso por su ineficacia, capaz de capturar solo alrededor del 20% de la energía del sol. La fotosíntesis, por otro lado, es radicalmente más eficiente; es capaz de almacenar el 60% de la energía solar como energía química en biomoléculas asociadas.
La eficiencia de las células fotovoltaicas simples, los paneles solares, está limitada por la capacidad de los semiconductores para absorber energía luminosa 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", dijo Pushkar. "Es muy fácil imaginar un sistema que sea 60% eficiente porque ya tenemos un precedente en la fotosíntesis natural. Y si nos volvemos muy ambiciosos, podríamosincluso imagina un sistema de hasta un 80% de eficiencia.
"La fotosíntesis es enormemente eficiente cuando se trata de dividir el agua, un primer paso de la fotosíntesis artificial. Las proteínas del Fotosistema II en las plantas hacen esto mil veces por segundo. Parpadea y listo".
El grupo de Pushkar está imitando el proceso al construir su propio análogo de hoja artificial que recolecta luz y divide las moléculas de agua para generar hidrógeno. El hidrógeno puede usarse como combustible por sí mismo a través de celdas de combustible o agregarse a otros combustibles como el gas natural ointegrado en celdas de combustible para alimentar todo, desde vehículos hasta casas, pequeños dispositivos electrónicos, laboratorios y hospitales. Su descubrimiento más reciente, una idea de la forma en que las moléculas de agua se dividen durante la fotosíntesis, se publicó recientemente en la revista Catálisis química : Celda Presione.
Los científicos del laboratorio de Pushkar experimentan con combinaciones de proteínas naturales del fotosistema II y catalizadores sintéticos en un intento de comprender qué funciona mejor y por qué. También da prioridad al uso de compuestos y productos químicos que son fácilmente abundantes en la Tierra, de fácil acceso y no tóxicos parael planeta.
Sin embargo, el progreso en la fotosíntesis artificial es complicado por el hecho de que la fotosíntesis es tan multifacética, un hecho lamentado por los estudiantes de bioquímica en todas partes.
"La reacción es muy compleja", dijo Pushkar. "La química de la división de las moléculas de agua es extremadamente compleja y difícil".
Los científicos han estado trabajando en la fotosíntesis artificial desde la década de 1970. Eso es mucho tiempo, pero no si se recuerda que la fotosíntesis tardó millones de años en evolucionar. No solo eso, sino que los científicos creen que, a diferencia del vuelo, la comunicación o la inteligencia, la fotosíntesis haevolucionó solo una vez: hace unos 3.000 millones de años, solo unos 1.500 millones de años en la existencia de la Tierra.
Pushkar postula que en los próximos 10 a 15 años se habrá avanzado lo suficiente como para que los sistemas comerciales de fotosíntesis artificial comiencen a funcionar. Su investigación está financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Brittany Steff. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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