Hoja biónica 2.0: la energía solar divide el agua para producir combustible líquido

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Los días de la perforación del suelo en la búsqueda de combustible pueden estar contados. Los investigadores Daniel Nocera, profesor de Energía y Pamela Silver, profesora de Bioquímica y Biología de Sistemas, ambos en la Universidad de Harvard, Estados Unidos, han creado un sistema que utiliza la energía solar para separar las moléculas de agua y las bacterias consumidoras de hidrógeno para producir combustibles líquidos.

El trabajo cuyos autores incluyen al post-doctorado Chong Liu y el estudiante graduado Brendan Colon, se describe en un artículo que se publica  "Science". "Se trata de un verdadero sistema de fotosíntesis artificial", señala Nocera. Aunque el estudio muestra que el sistema puede emplearse para generar combustibles utilizables, su potencial no termina allí, según Silver, también del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.

"La belleza de la biología es que es el químico más grande del mundo; la biología química puede hacer lo que no podemos hacer fácilmente -afirma Silver-. En principio, tenemos una plataforma que puede hacer cualquier molécula basada en el carbono aguas abajo. Por ello, esto tiene el potencial de ser muy versátil".

Apodado "hoja biónica 2.0", el nuevo sistema se basa en el trabajo previo de Nocera, Silver y otros científicos, la cual --a pesar de ser capaz de utilizar la energía solar para hacer isopropanol-- se enfrentó a una serie de desafíos.

Con un catalizador puntero

El principal de estos desafíos, según Nocera, fue el hecho de que el catalizador utilizado para producir hidrógeno --una aleación de níquel, molibdeno y zinc-- también creó especies reactivas del oxígeno, moléculas que atacaron y destruyeron el ADN de las bacterias. Para evitar ese problema, los investigadores se vieron obligados a ejecutar en el sistema anormalmente altos voltajes, lo que resulta en una menor eficiencia.

"Para este trabajo, se ha diseñado un nuevo catalizador de aleación de cobalto-fósforo, que vimos que no genera especies reactivas del oxígeno --destaca Nocera--. Eso nos permitió bajar el voltaje y promover un aumento dramático en la eficiencia". Ahora, el sistema puede convertir la energía solar en biomasa con una eficiencia del 10 por ciento, muy por encima del 1 por ciento visto en las plantas de más rápido crecimiento, según este experto.

Se utiliza la energía solar para dividir el agua y producir combustible de hidrógeno

Además de aumentar la eficiencia, Nocera y sus colegas fueron capaces de ampliar la cartera del sistema para incluir isobutanol e isopentanol. Los investigadores también utilizaron el sistema para crear PHB, un precursor de bioplástico, un proceso demostrado por primera vez por el profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, Anthony Sinskey.

El nuevo catalizador también cuenta con otra ventaja --su diseño químico permite que se "auto-cure". Aunque todavía puede haber espacio para aumentos adicionales en la eficiencia, Nocera cree que el sistema ya es lo suficientemente eficaz como para considerar sus posibles aplicaciones comerciales, pero dentro de un modelo diferente de traslación de la tecnología.

"Es un descubrimiento importante que dice que podemos hacerlo mejor que la fotosíntesis --dice Nocera--. Pero también quiero llevar esta tecnología a los países en desarrollo". Así, esxpera continuar con el desarrollo de la tecnología y sus aplicaciones en naciones como India con la ayuda de sus científicos.

En muchos sentidos, según Nocera, el nuevo sistema marca el cumplimiento de la promesa de su "hoja artificial" de uso de la energía solar para dividir el agua y producir combustible de hidrógeno. "Si se piensa en ello, la fotosíntesis es increíble -subraya--. Se necesita la luz del sol, el agua y el aire y, luego, mira, un árbol. Eso es exactamente lo que hicimos, pero lo hicimos mucho mejor, porque convertimos toda esa energía en un combustible".

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