A pesar de los frenéticos intentos de hacer lo contrario, el mundo sigue dependiendo de los combustibles fósiles. ¿Puede la fotosíntesis artificial ofrecer una solución? No inmediatamente, pero la tecnología es prometedora.
Tenemos que deshacernos de nuestros combustibles fósiles, eso está claro. Pero es más fácil decirlo que hacerlo. “El mayor reto es que ni siquiera la naturaleza tiene solución para la gran cantidad de energía que consumimos”, afirma el químico de la Universidad de Chicago, Wenbin Lin. Incluso una fotosíntesis ingeniosa no es suficiente, dice. “Tenemos que hacerlo mejor que la naturaleza, y eso da miedo”.
Diez veces más productivo
Una posible solución que los científicos llevan tiempo explorando es la fotosíntesis artificial. Se trata de modificar el sistema que utilizan las plantas para su suministro de energía, de modo que podamos fabricar nuestros propios tipos de combustible a partir de él. Pero el equipo químico de una sola hoja es increíblemente complejo y en absoluto fácil de modificar para nuestros fines. Sin embargo, los investigadores han conseguido hacer algo parecido.
Han conseguido desarrollar un nuevo e innovador sistema de fotosíntesis artificial que es 10 veces más productivo que los sistemas artificiales anteriores. A diferencia de la fotosíntesis normal, en la que las plantas convierten el CO₂ en glucosa empleando la luz solar, la fotosíntesis artificial puede producir combustibles como el etanol y el metano.
Aunque todavía queda mucho camino por recorrer antes de poder repostar el coche de esta manera, el método representa una nueva e importante dirección de investigación y podría usarse para producir otros productos químicos en un futuro próximo. “Se trata de una enorme mejora respecto a los sistemas existentes, pero igualmente importante es que hemos podido elaborar una explicación muy clara de cómo funciona este sistema artificial a nivel molecular. Eso no se había hecho antes”, dijo el profesor Lin.
Etanol o metano
“Sin la fotosíntesis natural, no estaríamos aquí. Proporciona el oxígeno que respiramos en la Tierra y los alimentos que comemos”, continuó Lin. “Pero nunca será lo suficientemente eficiente como para proporcionar el combustible para conducir nuestros coches, así que necesitamos algo más”.
El problema de la fotosíntesis es que se desarrolló para producir hidratos de carbono, que están muy bien para alimentarnos a nosotros mismos, pero no a nuestros coches, que necesitan una forma de energía mucho más concentrada. Así que los investigadores, que trabajan en alternativas a los combustibles fósiles, necesitan cambiar el proceso para desarrollar combustibles con mayor densidad energética, como el etanol o el metano.
La eficacia de la naturaleza
En la naturaleza, la fotosíntesis se lleva a cabo mediante diversos compuestos complejos de proteínas y pigmentos. Toman agua y CO₂, dividen las moléculas y reordenan los átomos para formar carbohidratos: una larga cadena de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, los científicos necesitan modificar esta cadena de reacciones para crear otro compuesto con solo hidrógeno alrededor de un núcleo de carbono llamado CH4, más conocido como metano.
Esta reorganización de las moléculas es mucho más difícil de lo que parece. Los investigadores llevan décadas trabajando en ello para acercarse a la eficacia de la naturaleza. Lin y su equipo decidieron añadir a la fotosíntesis artificial algo que no se había probado hasta ahora: los aminoácidos.
La ayuda de los aminoácidos
Los investigadores partieron de un llamado marco metal-orgánico o MOF, un conjunto de piezas compuesto por iones metálicos unidos por moléculas de enlace orgánico (ligandos). Diseñaron los MOF como una sola capa para generar la máxima superficie para las reacciones químicas y lo sumergieron todo en una solución, que incluye un compuesto de cobalto para transportar electrones. Por último, añadieron aminoácidos a los MOF y experimentaron con ellos para averiguar cuál funcionaba mejor.
Los investigadores consiguieron mejorar las dos mitades de la reacción: el proceso que divide el agua y el que añade electrones y protones al dióxido de carbono. En ambos casos, los aminoácidos ayudaron a que la reacción fuera más eficiente.
Es necesario ampliar la escala
Pero incluso con este método tan mejorado, la fotosíntesis artificial todavía tiene un largo camino que recorrer antes de poder producir suficiente combustible para su uso generalizado. “Si nos fijamos en el punto en el que nos encontramos, es necesario un aumento sustancial antes de que se produzca suficiente metano para nuestro consumo”, responde Lin.
Pero, afortunadamente, también son posibles otras aplicaciones. El avance también puede utilizarse para otras reacciones químicas. El combustible requiere grandes cantidades para tener un impacto, pero una cantidad mucho menor de algunas moléculas podría ser útil para desarrollar ciertos medicamentos o nylons. “Muchos de estos procesos fundamentales son los mismos”, explica Lin. “Si se desarrolla una buena química, puede emplearse en muchos sistemas”.