Fotosíntesis Artificial, una alternativa de combustible limpio

“No podemos engañar al ADN. No podemos esquivar la fotosíntesis. No podemos decir que no vayamos a estar condenados al fitoplancton. Todos estos pequeños mecanismos proporcionan las condiciones de nuestra vida planetaria”. Esta frase que, tal vez hayas leído en algún lado, es de Bárbara Ward (economista, periodista y escritora británica), y parece identificar claramente tres fenómenos que marcan la vida en el planeta Tierra. Hasta ahora solo la habrás asociado a una cualidad de las plantas, pero ¿has pensado en la posibilidad de generar la fotosíntesis artificial? ¿contamos con la tecnología para ello?

Veamos si te podemos ayudar a encontrar la respuesta y saber qué tan factible podría ser o no, reproducir en laboratorio lo que hasta ahora ha sido la base de un ciclo fundamental en la naturaleza.

Un proceso con mucha química y luz

El reino vegetal está formado por organismos autótrofos, lo que quiere decir que tienen la capacidad de producir sus propios nutrientes contando para ello con la energía del sol. Si recuerdas un poco las clases de química y biología el término “síntesis” iba referido a un proceso que permite obtener materias complejas partiendo de otras más simples.

Si buscaras una definición más completa, tal vez podría ser que la fotosíntesis es un procedimiento químico que realizan los vegetales, e incluso algunas bacterias, para generar glucosa y oxígeno tomando dióxido de carbono y empleando luz solar como fuente de energía. Esa glucosa es la unidad de energía que permite a las plantas crecer y sobrevivir.

Las criaturas en la Tierra han mostrado una dependencia directa o indirecta de las plantas, por lo la fotosíntesis es algo mucho más importante de lo que parece en primera instancia.

De acuerdo con la información conocida, hay dos grupos de reacciones químicas, unas que dependen de la luz y otras independientes de ella. Las primeras requieren que intervenga la luz, mientras que en las otras no directamente. En cualquiera de los casos la presencia de la luz es importante. En las reacciones oscuras o independientes de la luz,  se utiliza eventualmente la energía química producto de las reacciones dependientes.

Pues bien, existe actualmente un campo de investigación que busca imitar, de algún modo, esta capacidad expresada en la naturaleza. Ese campo es el conocido como fotosíntesis artificial.

De la naturaleza al laboratorio: fotosíntesis artificial

La fotosíntesis artificial intenta reproducir un proceso que hasta ahora, como sabías, era potestad de las plantas. Busca transformar el dióxido de carbono y agua en hidratos de carbono y oxígeno, empleando la luz. Ocasionalmente, la disociación artificial del agua en oxígeno e hidrógeno utilizando la energía de la luz solar se llama también fotosíntesis artificial.

En resumen se emplea la misma materia prima en ambos procesos, es decir, luz, agua y dióxido de carbono. Sin embargo, no se  busca producir glucosa sino combustibles como el metano y alcoholes que almacenan energía liberada cuando se queman. La gran ventaja de obtener estos productos es que  los puedes aprovechar fácilmente en tu vehículo, en generadores de vapor e industrias de variada naturaleza.

Para que se pueda conseguir eso, se ha requerido el desarrollo de catalizadores que imiten a la clorofila gracias a la cual era captada la luz en las hojas de las plantas. También se necesitan fotosistemas que hagan las veces de enzimas que transforman el agua y el dióxido de carbono en azúcar. Para que todo este proceso sea realmente viable y con muy poco impacto ambiental, los catalizadores están basados en metales abundantes y económicos como el hierro, el cobalto y el níquel.

Generar energías limpias

El objetivo primordial para el desarrollo de la fotosíntesis artificial parece ser la generación de fuentes de energía limpias y una casa de estudios británica ha estado a la vanguardia en este tema. La Universidad de Cambridge, creó una hoja inalámbrica llena de fotocatalizadores capaces de transformar la luz del sol, el CO2 y el agua, en combustibles limpios.

Erwin Reisner condujo un equipo de investigación del Departamento de Química de la Universidad y han alcanzado avances importantes. La “hoja” capta luz, gracias a absorbentes de luz de perovskita componente que está en algunas células solares. Sin embargo, el grupo ajustó su manera de enfocar el proyecto.

En esa línea han generado una nueva plataforma que, se fundamenta en fotocatalizadores alojados en una hoja formada por polvos semiconductores que se pueden generar de forma fácil y económica. La lámina creada se empleó para transformar luz del sol, dióxido de carbono y agua en oxígeno y ácido fórmico (no necesariamente gases producto de la síntesis). Este producto es de fácil almacenamiento y se puede usar de forma directa como combustible, e incluso como bloque de construcción de hidrógeno.

Mientras continúan avanzando en sus estudios, a la fecha el equipo de investigadores espera que esa tecnología facilite la vía hacia la producción de combustible solar, de una forma, sostenible y práctica.