La búsqueda de energía sostenible y limpia se ha convertido en un reto crucial para la humanidad. A fin de satisfacer la creciente demanda de energía sin dañar aún más los ecosistemas y el clima, unos investigadores están aprovechando los procesos naturales que han proporcionado a las plantas y a otras formas de vida una fuente de energía desde hace millones de años y que permiten convertir la energía de la luz en energía química, durante el proceso de la fotosíntesis.
En una nueva investigación, el equipo de Christine Lewis, de la Universidad Estatal de Arizona en Estados Unidos, ha creado y patentado un dispositivo híbrido (en parte organismo vivo, en parte batería) que es capaz de suministrar energía incluso en condiciones de luz en las que la fotosíntesis natural suele estar inactiva.
Aunque la fotosíntesis es ideal para satisfacer las necesidades de las plantas y otros organismos fotosintéticos, la velocidad con la que la luz se convierte en energía química útil es demasiado baja para poder satisfacer las necesidades energéticas humanas actuales. Los expertos en el tema llevan mucho tiempo buscando formas de aprovechar la fotosíntesis natural y, al mismo tiempo, mejorarla para darle usos industriales respetuosos con el medioambiente.
Hay varios factores importantes que limitan la eficiencia de la conversión energética en la fotosíntesis natural. En primer lugar, los organismos fotosintéticos solo utilizan una pequeña parte del espectro de la luz emitida por el Sol. Esa parte es concretamente la luz visible de color rojo. En segundo lugar, la tasa de fijación de carbono es demasiado lenta para las aplicaciones prácticas que justificarían usar procesos artificiales de fotosíntesis. Para aumentarla es necesario incrementar la tasa de electrones que se mueven a través de la cadena de transporte.
La singular batería semiviva se basa en microbios fotosintéticos modificados (en este caso, cianobacterias) que pueden recibir electrones de una fuente externa y utilizarlos para alimentar reacciones químicas que podrían aprovecharse para aplicaciones humanas. A esta modalidad de producción se la denomina electrofotosíntesis microbiana.
Por otra parte, los organismos fotosintéticos solo pueden manejar una cantidad limitada de electrones excitados por la luz solar a la vez. Si la cadena de transporte de electrones recibe demasiados a la vez, el proceso suele detenerse debido a los daños causados por la luz, que podrían incapacitar o matar a la célula. En cambio, la batería semiviviente es capaz de hacer su trabajo incluso en presencia de luz extremadamente intensa.
Durante la fotosíntesis normal, un complejo proteico crucial conocido como Fotosistema II ayuda a llevar a cabo la etapa de descomposición del agua, pero es vulnerable a daños provocados por luz de alta intensidad. Esto ha sido un factor limitante clave en el desarrollo de procesos fotosintéticos artificiales para cubrir las necesidades energéticas humanas.
El sistema utiliza un microbio modificado genéticamente que carece de Fotosistema II y que, por tanto, puede adaptarse a intensidades de luz significativamente altas y continuar con la actividad fotosintética sin sufrir daños. Otro aspecto importante es que se combina un electrodo con componentes que impulsan el transporte de electrones a través de estas células vivas.
El avance logrado por el equipo de Lewis abre un camino hacia la producción, respetuosa con el medio ambiente, de una amplia gama de productos útiles, incluyendo combustibles para el transporte, productos agroquímicos, fármacos, cosméticos, plásticos o parecidos, y sustancias químicas diversas.
Lewis y sus colegas expusieron los detalles técnicos de su avance en la revista académica Journal of the American Chemical Society (JACS). NCYT
Commentaires