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Un estudio de seis químicos de la Universidad de Chicago muestra un nuevo e innovador sistema de fotosíntesis artificial que es más productivo que los sistemas artificiales anteriores en un orden de magnitud. Arriba, una ilustración artística del proceso. Crédito: Peter Allen
Durante los dos últimos siglos, los seres humanos han dependido de los combustibles fósiles para obtener energía: cientos de millones de años de fotosíntesis empaquetados en una sustancia cómoda y densa en energía. Pero este suministro es limitado, y el consumo de combustibles fósiles tiene un tremendo impacto negativo en el clima de la Tierra.
Una de las posibles soluciones que los científicos están explorando es la "fotosíntesis artificial", es decir, reelaborar el sistema de una planta para fabricar nuestros propios tipos de combustibles. Sin embargo, el equipo químico de una hoja es increíblemente complejo y no es tan fácil de adaptar a nuestros fines.
Ahora, unos químicos de la Universidad de Chicago han ideado un nuevo e innovador sistema de fotosíntesis artificial que es más productivo que los sistemas artificiales anteriores en un orden de magnitud.
La fotosíntesis normal produce carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua, pero la artificial podría producir etanol, metano u otros combustibles.
"Se trata de una enorme mejora con respecto a los sistemas existentes, pero igual de importante es que hemos sido capaces de establecer una comprensión muy clara de cómo funciona este sistema artificial a nivel molecular, algo que no se había logrado antes", afirma Wenbin Lin, químico de la Universidad de Chicago y autor principal del estudio.
"Sin la fotosíntesis natural, no estaríamos aquí. Ha hecho el oxígeno que respiramos en la Tierra y hace los alimentos que comemos", dijo Lin. "Pero nunca será lo suficientemente eficiente para suministrarnos combustible para conducir coches, así que necesitaremos algo más". Lin añadió además que ni siquiera la naturaleza tiene solución para la cantidad de energía que utilizamos. "Tendremos que hacerlo mejor que la naturaleza, y eso da miedo", dijo.
La fotosíntesis crea carbohidratos, que son estupendos para alimentarnos, pero no nuestros coches, que necesitan una energía mucho más concentrada. Por eso, los investigadores que quieren crear alternativas a los combustibles fósiles tienen que rediseñar el proceso para crear combustibles más densos en energía, como el etanol o el metano.
Las proteínas y los pigmentos de la hoja absorben agua y dióxido de carbono, rompen las moléculas y reorganizan los átomos para crear carbohidratos. Sin embargo, los científicos tienen que modificar las reacciones para producir una disposición diferente, con sólo hidrógeno alrededor de un jugoso núcleo de carbono: el CH4, el metano.
Sin embargo, esta reingeniería no fue fácil; la gente ha estado jugando con ella durante décadas. Pero Lin y su equipo de laboratorio añadieron algo que los sistemas de fotosíntesis artificial no habían incluido hasta la fecha: aminoácidos. El equipo comenzó con un tipo de material llamado marco metal-orgánico (MOF), una clase de compuestos formados por iones metálicos unidos por moléculas de enlace orgánico. A continuación, diseñaron los MOF como una sola capa para proporcionar la máxima superficie para las reacciones químicas y lo sumergieron todo en una solución que incluía un compuesto de cobalto para transportar electrones. Por último, añadieron aminoácidos a los MOF y observaron que ayudaban a que la reacción fuera más eficaz.
La fotosíntesis artificial tiene un largo camino por recorrer antes de poder producir suficiente combustible. El avance también podría aplicarse ampliamente a otras reacciones químicas; hay que fabricar mucho combustible para que tenga impacto, pero cantidades mucho más pequeñas de algunas moléculas, como los materiales de partida para fabricar fármacos y nylons, entre otros, podrían ser muy útiles.
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Universidad de Chicago