Los científicos del Colegio de San Juan de la Universidad de Cambridge tienen desarrolló un nuevo proceso de convertir la luz solar en combustible.

El método de “fotosíntesis semi artificial” del equipo utiliza la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno en un laboratorio. Su proceso utiliza ambos componentes biológicos, una enzima de algas, así como tecnologías creadas por el hombre, que la diferencian de la fotosíntesis totalmente artificial, que utiliza solo elementos creados por el hombre.

El trabajo de investigación se publica en la revista naturaleza de la Energía.

Durante la fotosíntesis, el proceso natural a través del cual las plantas extraen energía de la luz solar y el agua, el agua absorbida por las plantas se divide en oxígeno e hidrógeno en un proceso llamado hidrólisis. El hidrógeno derivado de este proceso podría potencialmente utilizarse como una fuente de energía sostenible e ilimitada.

Desafortunadamente, la fotosíntesis natural generalmente no es eficiente, produciendo solo la pequeña cantidad de energía necesaria para que un organismo sobreviva.

"La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que genera la cantidad mínima de energía necesaria: alrededor del 1-2 por ciento de lo que potencialmente podría convertir y almacenar", dijo Katarzyna Sokół, estudiante de doctorado en St. John's College, dijo en un comunicado.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero se ha visto obstaculizada por su dependencia del uso de catalizadores, que suelen ser costosos y, en ocasiones, tóxicos.

El primer método fotosintético artificial fue desarrollado en los últimos 1960 por Akira Fujishima, quien descubrió que el dióxido de titanio podría usarse para estimular la hidrólisis. Entonces, la idea ha sido explorada por décadas, pero aún no se ha desarrollado un método a escala industrial.

El proceso desarrollado por Sokół y su equipo es parte de un movimiento creciente que explora la fotosíntesis semi artificial, que utiliza elementos biológicos para tratar de superar algunas de las deficiencias de los métodos que se basan en catalizadores químicos.

Al extraer la hidrogenasa de las algas, un organismo y, por extensión, una enzima, que se puede encontrar en abundancia en la naturaleza, los investigadores desarrollaron un proceso que, en teoría, podría ser mucho más barato que muchos métodos existentes.

Para ello, tuvieron que “reactivar” la producción de hidrógeno en las algas.

"La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir los protones a hidrógeno", dijo Sokół en un comunicado. "Durante la evolución, este proceso se desactivó 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".

Para lograr esto, explicó, tuvieron que "reactivar" la producción de hidrógeno in vitro, cuando la hidrogenasa se integró con otros componentes en el dispositivo semi-artificial.

En última instancia, el dispositivo semi-artificial que desarrollaron podría superar a los sistemas naturales.

"Podríamos decir que nuestro sistema 're-cableado' fotosistema II directamente a la hidrogenasa y, por lo tanto, 'rediseñado' la ruta fotosintética que es inaccesible en biología, para lograr la reacción deseada de división del agua en hidrógeno y oxígeno con alta selectividad y eficiencia ", dijo Sokół.

Sin embargo, explicó Sokół, su proyecto todavía está en la escala experimental y hay un largo camino por recorrer antes de que pueda aplicarse a nivel industrial.

"El desarrollo de este sistema modelo supera muchos desafíos difíciles asociados con el ensamblaje de la interfaz biológica-sintética a través de un enfoque multidisciplinario y, como resultado, proporciona la caja de herramientas para desarrollar futuros sistemas semi-artificiales para la conversión y almacenamiento de energía solar", agregó. dijo.

"Nuestro sistema es un dispositivo de prueba de concepto, ya que todavía es demasiado frágil para ser aplicado como una tecnología a gran escala".

Aún así, la nueva tecnología es un gran paso hacia la fotosíntesis semi-artificial a gran escala.

Sokół enfatizó que las plataformas semi-artificiales podrían tener una serie de aplicaciones más allá de la recolección de energía solar.

"La plataforma semi artificial podría permitirnos reemplazar componentes y extender la aplicación desde la división de agua solar hasta la fijación de dióxido de carbono solar y reemplazar enzimas frágiles por células fotosintéticas completas más robustas en el desarrollo futuro", dijo.

"La reducción del dióxido de carbono del gas de efecto invernadero mediante métodos químicos es incluso más difícil que la división del agua para producir hidrógeno".