AVANCE CIENTÍFICO: Crean hojas artificiales que hacen fotosíntesis

Le tomó a la naturaleza millones de años para averiguar cómo convertir la energía del sol en energía química que puede ser almacenada para un día lluvioso -- un proceso conocido como fotosíntesis.

Le tomó a Peidong Yang, un químico en UC Berkeley, cerca de 10 años para lograr una hazaña similar con la ayuda de nanocables semiconductores y bacterias.

Esa es una de las razones por la cual el lunes le fue otorgado una beca de “genio” de la Fundación MacArthur.

Yang dijo que había escuchado la noticia hace aproximadamente 10 días, cuando un representante de la fundación lo llamó a su teléfono celular.

“Fue justo después de mi almuerzo, una sorpresa total”, dijo. “Es un gran honor obtener esta beca, y es un gran reconocimiento para la investigación que hemos estado haciendo”.

Yang y sus colaboradores han creado una hoja sintética que utiliza los mismos ingredientes que la fotosíntesis – el agua, la luz del sol y el dióxido de carbono -- para producir combustibles líquidos como el metano, el butano y el acetato. Y al igual que la versión de fotosíntesis de la naturaleza, libera oxígeno al aire.

La tecnología todavía está a varios años de ser comercialmente viable, pero representa un paso importante en el camino a la creación de un sistema de combustible sustentable y verdaderamente neutro en cuanto a emisiones de carbono.

“La viabilidad de la fotosíntesis artificial ha sido demostrada en base a nuestros experimentos anteriores”, dijo Yang. “Solamente necesitamos seguir empujando esta frontera de investigación”.

Yang, de 44 años de edad, es un químico inorgánico por entrenamiento. Obtuvo su título de licenciatura de la Universidad de Ciencia y Tecnología en China y su doctorado de la Universidad de Harvard. Fue un becario postdoctoral en UC Santa Barbara antes de unirse a la facultad de UC Berkeley.

Su interés en la fotosíntesis artificial salió del trabajo anterior que realizó en Harvard con nanocables semiconductores. Estos cables microscópicos -- de 100 a 1,000 veces más delgados que un cabello humano -- tienen una variedad de propiedades interesantes, incluyendo que son extremadamente buenos para capturar la energía solar, dijo Yang. Ese es un punto de inicio muy útil para la fotosíntesis artificial.

Sin embargo, el capturar la energía solar es sólo la primera mitad de la ecuación de la fotosíntesis. Para realmente imitar lo que hacen las células de las plantas, necesitas almacenar la energía del sol para que pueda ser utilizada después.

Para hacer eso, Yang y su equipo han experimentado con una variedad de materiales diferentes que pueden funcionar como catalizadores – lo que significa que pueden facilitar una reacción química sin ser consumidos.

Ahora mismo, el catalizador más efectivo que ha encontrado el grupo es una especie de bacteria llamada Sporomusa ovata, la cual toma los electrones de los nanocables y los utiliza para convertir el dióxido de carbono en una molécula más compleja de acetato. El sistema de corriente utiliza una segunda bacteria, Escherichia coli, para convertir el acetato en químicos aún más complejos.

El sistema híbrido sintético y biológico funciona, pero no tan bien como le gustaría a Yang. Por ejemplo, quiere encontrar un catalizador sintético que pueda hacer la química requerida, en lugar de depender de las bacterias.

“Las bacterias viven y mueren”, dijo. “Eso es un problema”.

También dijo que para que el sistema de fotosíntesis artificial sea comercialmente viable, necesitaría ser mucho más eficiente de lo que es su modelo actual. También tendrá que ser más eficiente que el sistema que la naturaleza pasó millones de años desarrollando.

“Queremos aprender de la naturaleza, pero tenemos que ser mejores que la naturaleza”, dijo.

La buena noticia es que Yang cree que es posible.

“En los paneles solares la eficiencia de conversión de energía es superior al 20%, mucho mayor que lo que está sucediendo en las hojas”, dijo. “Así que en términos de diseño, tenemos la ventaja -- la naturaleza no tiene silicio para utilizar. Nosotros sí”.

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