Fotosíntesis artificial, una forma de convertir la luz solar en combustible

La fotosíntesis es el proceso que las plantas usan para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se "divide". Es una de las reacciones más importantes de la naturaleza porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. Pues bien, el hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría, además, ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.

Un nuevo estudio, dirigido por académicos del St John's College de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), utilizó la fotosíntesis semi-artificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar. Con la luz solar natural convirtieron el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando una mezcla de componentes biológicos y tecnologías artificiales.

El documento, publicado en Nature Energy, describe el proceso de división de agua sin ayuda solar, un método con el que se consiguió absorber más luz que con la fotosíntesis natural. La investigación ahora podría usarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable. "La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que hace que la cantidad mínima de energía necesaria sea de alrededor del 1% o 2% de lo que podría potencialmente convertir y almacenar", afirma Katarzyna P. Sokol, autora princial del estudio.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable, ya que se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son caros y tóxicos. Esta investigación es parte del campo emergente de la fotosíntesis semi-artificial que tiene como objetivo superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada. El equipo no solo mejoró la cantidad de energía producida y almacenada, sino que también logró reactivar un proceso en las algas que han estado inactivas durante milenios.

Este modelo es el primero en utilizar con éxito la hidrogenasa y el fotosistema II para crear una fotosíntesis semi-artificial impulsada puramente por energía solar. "Este trabajo supera muchos desafíos asociados con la integración de componentes biológicos y orgánicos en materiales inorgánicos para el ensamblaje de dispositivos semi artificiales y abre una caja de herramientas para desarrollar sistemas futuros para la conversión de energía solar", concluye la investigadora.

Se trata de una energía limpia y abundante. Pero para que este recurso sirva cuando el sol no está brillando, se debe almacenar la energía en baterías o mediante un proceso llamado fotocatálisis, en el que la energía capturada del sol se utiliza para fabricar combustibles. Según otro trabajo, publicado en Applied Physics Letters, las perovskitas dobles de haluro pueden tener las propiedades correctas para dividir el agua, y producir combustible a partir del hidrógeno y el oxígeno.

En la división del agua fotocatalítica, la luz del sol separa el agua en hidrógeno y oxígeno, de tal modo que puedan recombinarse en una pila de combustible para liberar energía. Los investigadores han experimentado con muchos materiales fotocatalíticos antes, como el dióxido de titanio (TiO2), que si bien puede aprovechar la luz solar para dividir el agua, es ineficiente porque no absorbe bien la luz visible. Pero hasta ahora, no se ha comercializado ningún material fotocatalítico para la división general del agua.

La fotosíntesis es el proceso que las plantas usan para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se "divide". Es una de las reacciones más importantes de la naturaleza porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. Pues bien, el hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría, además, ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.

Un nuevo estudio, dirigido por académicos del St John's College de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), utilizó la fotosíntesis semi-artificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar. Con la luz solar natural convirtieron el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando una mezcla de componentes biológicos y tecnologías artificiales.

El documento, publicado en Nature Energy, describe el proceso de división de agua sin ayuda solar, un método con el que se consiguió absorber más luz que con la fotosíntesis natural. La investigación ahora podría usarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable. "La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que hace que la cantidad mínima de energía necesaria sea de alrededor del 1% o 2% de lo que podría potencialmente convertir y almacenar", afirma Katarzyna P. Sokol, autora princial del estudio.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable, ya que se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son caros y tóxicos. Esta investigación es parte del campo emergente de la fotosíntesis semi-artificial que tiene como objetivo superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada. El equipo no solo mejoró la cantidad de energía producida y almacenada, sino que también logró reactivar un proceso en las algas que han estado inactivas durante milenios.

Este modelo es el primero en utilizar con éxito la hidrogenasa y el fotosistema II para crear una fotosíntesis semi-artificial impulsada puramente por energía solar. "Este trabajo supera muchos desafíos asociados con la integración de componentes biológicos y orgánicos en materiales inorgánicos para el ensamblaje de dispositivos semi artificiales y abre una caja de herramientas para desarrollar sistemas futuros para la conversión de energía solar", concluye la investigadora.

Se trata de una energía limpia y abundante. Pero para que este recurso sirva cuando el sol no está brillando, se debe almacenar la energía en baterías o mediante un proceso llamado fotocatálisis, en el que la energía capturada del sol se utiliza para fabricar combustibles. Según otro trabajo, publicado en Applied Physics Letters, las perovskitas dobles de haluro pueden tener las propiedades correctas para dividir el agua, y producir combustible a partir del hidrógeno y el oxígeno.

En la división del agua fotocatalítica, la luz del sol separa el agua en hidrógeno y oxígeno, de tal modo que puedan recombinarse en una pila de combustible para liberar energía. Los investigadores han experimentado con muchos materiales fotocatalíticos antes, como el dióxido de titanio (TiO2), que si bien puede aprovechar la luz solar para dividir el agua, es ineficiente porque no absorbe bien la luz visible. Pero hasta ahora, no se ha comercializado ningún material fotocatalítico para la división general del agua.