Fotosíntesis artificial con herrumbre

Fotosíntesis artificial con herrumbre
Dan (Freedigitalphotos.net)
Fotosíntesis artificial impulsada por herrumbre.

La fotosíntesis artificial es un gran ejemplo de cómo la biomímesis puede revolucionar las aplicaciones tecnológicas de nuestro día a día.

En la actualidad, la ciencia investiga para tratar de imitar a las plantas, consideradas como los sistemas vivos más eficientes a la hora de producir energía. 

Un equipo de químicos de la Universidad de Boston ha logrado una serie de avances en sus esfuerzos por crear un medio económico para el aprovechamiento de la fotosíntesis artificial.

De acuerdo con lo reportado por los investigadores, en la revista Angewandte Chemie, han reducido la brecha de voltaje entre los dos procesos cruciales de la fotosíntesis: oxidación y reducción.

Una nueva investigación nos acerca a la fotosíntesis artificial sin el uso de materiales prohibitivamente caros.
La base de la fotosíntesis artificial, al igual que ocurre en el proceso de manera natural, es similar a la explicación física de por qué vemos a través de nuestros ojos.

Cuando un fotón de luz llega, es capaz de activar a los receptores visuales (denominados conos y bastones).

Esa energía luminosa es después transformada a actividad eléctrica a través del nervio óptico, que transmite mediante sinapsis nerviosas la información visual a nuestro cerebro.

En la fotosíntesis, la luz recibida por las plantas es transformada en energía en las hojas, donde se encuentran mayoritariamente los orgánulos vegetales conocidos como cloroplastos.

Éstos son la verdadera “fábrica” de energía natural de las plantas, siendo los responsables de la producción de ATP, la “moneda” energética que usamos los seres vivos.

Se informa que ha disminuido la brecha a tan solo dos décimas del fotovoltaje necesario para imitar la oxidación y reducción, utilizando fotoánodos y fotocátodos que el equipo desarrolló, utilizando nuevos componentes y recubrimientos de nanocables.

Por medio de la reducción de la brecha con componentes químicos económicos, el estudio se acerca a la utilización de una reacción artificial para aplicaciones únicas, tales como la recolección de energía solar y su almacenamiento.

Sin embargo, copiar a la madre naturaleza es una tarea difícil, y esta misión en particular, “requiere de materiales que pueden absorber la luz del sol en términos generales, transferir la energía a cargas excitadas a altas eficiencias y catalizar las reacciones específicas de reducción y de oxidación”, dice el equipo.

De manera similar a la naturaleza, con la fotosíntesis artificial  se trata de emular las reacciones químicas que ocurren en los cloroplastos.

Construir hojas artificiales serviría para obtener energía de manera limpia y sostenible, reduciendo nuestra dependencia de los combustibles fósiles y ayudando a cuidar el planeta.

Más de 80 científicos tratan de encontrar la “fórmula secreta” que permita construir la hoja artificial, compuesta de metales como el silicio,  níquel , hierro o el herrumbre.

Sus esfuerzos son máximos, ya que el efecto invernadero y el cambio climático amenazan la sostenibilidad del planeta.

La fotosíntesis natural se compone de dos procesos importantes. La oxidación produce oxígeno, mientras que la reducción produce moléculas orgánicas.

Los investigadores dicen que la fotosíntesis artificial intenta copiar estas dos reacciones utilizando un fotoánodo para oxidar el agua y un fotocátodo, ya sea para reducir el agua para la producción de hidrógeno, o para reducir el dióxido de carbono a las moléculas orgánicas.

En un entorno artificial, sin embargo, ha persistido una brecha en el voltaje requerido a cada lado de la reacción para alcanzar esos resultados.

En esencia, la oxidación y la reducción requieren de 1,2 a 1,3 voltios combinados para lograr la carga de energía necesaria para la fotosíntesis artificial.

En el pasado, los investigadores sólo han podido cerrar la brecha con materiales poco comunes, pero esos esfuerzos son prohibitivamente caros para su aplicación generalizada.

A principios de este año, los investigadores informaron que habían desarrollado una nueva técnica de preparación del cátodo para mejorar la producción de hidrógeno.

Los resultados quitan la mayor parte de las barreras a la construcción de un fotocátodo económico y altamente eficiente.

Las últimas investigaciones del equipo produjeron avances en el desarrollo de un fotoánodo, en el que sus estructuras de nanocables, producto de la ingeniería, permitieron que el equipo lograra un fotovoltaje de 0,6 voltios con un material de óxido de hierro.

La tensión representa un aumento del 50% por encima de los mejores resultados anteriores, que fueron publicados el año pasado.

Los resultados colocan al equipo dentro de dos décimas de voltio, del fotovoltaje necesario.

El equipo logró las ganancias al recubrir hematita – un óxido de hierro similar al herrumbre – con óxido de hierro níquel.

Fotosíntesis artificial con herrumbre

El equipo dice que el cierre total de la brecha es totalmente factible, particularmente porque otros investigadores han usado diferentes sistemas para lograrlo. Añaden que su laboratorio podría asociarse con otros investigadores en un esfuerzo para cerrar la brecha.

El concepto de fotosíntesis artificial nace en 1912.

Los primeros resultados esperanzadores tendrían que esperar hasta 1972, año en el que investigadores japoneses crearon el primer dispositivo que aprovechaba la luz solar para “romper” moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.

Por un lado, el hidrógeno obtenido por este sistema puede ser usado como combustible para dar energía a un automóvil o generar electricidad a demanda.

Por otro, los científicos persiguen un reto aún utópico: mezclarlo con carbono del dióxido de carbono para generar combustibles líquidos, como podría ser la gasolina.

Sin duda, la biomímesis aplicada a la energía ve en la fotosíntesis artificial un gran ejemplo de cómo la tecnología puede ayudar a cuidar el planeta.

Los próximos años serán fundamentales para ver si, finalmente, estos sistemas pueden ser utilizados en nuestro día a día.




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