Los humanos pueden hacer muchas cosas que las plantas no pueden hacer. Podemos caminar, podemos hablar, podemos oír, ver y tocar. Pero las plantas tienen una gran ventaja sobre los humanos: pueden tomar energía directamente del sol.
Ese proceso de convertir la luz solar directamente en energía utilizable, llamado fotosíntesis, pronto puede ser una hazaña que los humanos puedan imitar para aprovechar la energía del sol para obtener combustible limpio, almacenable y eficiente. Si es así, podría abrir una nueva frontera de energía limpia. Suficiente energía llega a la tierra en forma de luz solar en una hora para satisfacer todas las necesidades energéticas de la civilización humana durante todo un año.
La energía eólica y la energía solar, aprovechadas por células fotovoltaicas, son las dos formas principales de energía limpia disponibles. Agregar un tercero, la fotosíntesis sintética, cambiaría drásticamente el panorama de las energías renovables. La capacidad de almacenar la energía fácilmente, sin requerir baterías voluminosas, mejoraría drásticamente la capacidad de los humanos para impulsar la sociedad de manera limpia y eficiente.
Tanto las turbinas eólicas como la fotovoltaica tienen inconvenientes en términos de efectos ambientales y factores de complicación.
Los investigadores de todo el mundo están trabajando increíblemente duro para intentar encontrar energía accesible. La energía limpia y sostenible que podemos crear con elementos no tóxicos y fácilmente disponibles. La fotosíntesis artificial es el camino a seguir.
La fotosíntesis es una compleja danza de procesos mediante la cual las plantas convierten la radiación solar y las moléculas de agua en energía utilizable en forma de glucosa. Para ello, utilizan un pigmento, normalmente la famosa clorofila, además de proteínas, enzimas y metales.
El proceso más cercano a la fotosíntesis artificial que tenemos hoy en día los humanos es la fotovoltaica la tecnología, donde una célula solar convierte la energía del sol en electricidad. Ese proceso es notoriamente ineficiente y capaz de capturar sólo alrededor del 20% de la energía del sol. La fotosíntesis, en cambio, es radicalmente más eficiente; es capaz de almacenar el 60% de la energía del sol como energía química en biomoléculas asociadas.
La eficiencia de las células fotovoltaicas simples (paneles solares) está limitada por la capacidad de los semiconductores para absorber energía luminosa y por la capacidad de la célula para producir energía. Ese límite es algo que los científicos podrían superar con la fotosíntesis sintética.
Con la fotosíntesis artificial, no existen limitaciones físicas fundamentales. Puede imaginarse muy fácilmente un sistema con una eficiencia del 60% porque ya tenemos un precedente en la fotosíntesis natural. Y si nos ponemos muy ambiciosos, incluso podríamos imaginar un sistema de hasta un 80% de eficiencia.
La fotosíntesis es enormemente eficiente cuando se trata de dividir el agua, el primer paso de la fotosíntesis artificial. Las proteínas de los fotosistemas II en las plantas hacen esto mil veces por segundo. Parpadea y listo.
El grupo de investigadores está imitando el proceso al construir su propio análogo de hoja artificial que recolecta luz y divide las moléculas de agua para generar hidrógeno. El hidrógeno puede usarse como combustible por sí mismo a través de celdas de combustible o agregarse a otros combustibles como el gas natural, o incorporarse a las celdas de combustible para alimentar todo, desde vehículos hasta casas, pequeños dispositivos electrónicos, laboratorios y hospitales.
Los científicos experimentan en el laboratorio con proteínas naturales del fotosistema II y combinaciones de catalizadores sintéticos en un intento por comprender qué funciona mejor y por qué. También dan prioridad al uso de compuestos y productos químicos que son fácilmente abundantes en la Tierra, de fácil acceso y no tóxicos para el planeta.
Sin embargo, el progreso en la fotosíntesis artificial es complicado por el hecho de que la fotosíntesis es tan multifacética, un hecho lamentado por los estudiantes de bioquímica en todas partes.
La reacción es muy compleja. La química de la división de las moléculas de agua es extremadamente compleja y difícil.
Los científicos han estado trabajando en la fotosíntesis artificial desde la década de 1970. Eso es mucho tiempo, pero no cuando recuerdas que la fotosíntesis tardó millones de años en evolucionar. No solo eso, sino que los científicos creen que, a diferencia del vuelo, la comunicación o la inteligencia, la fotosíntesis ha evolucionado solo una vez: hace unos 3 millones de años, solo unos 1.5 millones de años en la existencia de la Tierra.
El equipo postula que dentro de los próximos 10 a 15 años, se habrá avanzado lo suficiente como para que comercial artificial Los sistemas de fotosíntesis pueden comenzar a funcionar.