Crean un sistema de fotosíntesis artificial 10 veces más eficiente que los ya existentes

Químicos de la Universidad de Chicago crearon un innovador sistema de fotosíntesis artificial que es 10 veces más productivo que los anteriores. El nuevo sistema crea metano combustible a partir del dióxido de carbono y agua con la energía lumínica del sol, en vez de carbohidratos como en la fotosíntesis natural. Este resultado puede ser útil a corto plazo, aunque requiere mucho más desarrollo antes de que constituya una alternativa a los combustibles fósiles, comunicó el centro docente.

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"El mayor desafío, del que muchas personas no se dan cuenta, es que, incluso, la naturaleza no tiene solución para la cantidad de energía que usamos", comentó Wenbin Lin, autor principal del estudio. Ni siquiera la fotosíntesis es tan buena, dijo: "Tendremos que hacerlo mejor que la naturaleza, y eso da miedo".

"Sin la fotosíntesis natural, no estaríamos aquí. Hizo el oxígeno que respiramos en la Tierra y produce los alimentos que comemos", manifestó Lin. "Pero nunca será lo suficientemente eficiente como para suministrarnos combustible para conducir automóviles, así que necesitaremos algo más", agregó.

Los científicos llevan décadas estudiando la "fotosíntesis artificial" como una posible solución. En la naturaleza, la fotosíntesis es realizada por varios complejos de proteínas y pigmentos que actúan como una línea de ensamblaje sincronizada. La artificial persigue imitar el sistema bioquímico que emplean las plantas para producir combustibles mucho más ricos en energía. Sin embargo, esta tarea no es nada fácil, pues además de lo increíblemente complicado del sistema catalítico natural, deben rediseñarlo para crear combustibles, como el etanol o el metano, en vez de carbohidratos.

Un cambio trascendental

Tratando de acercarse a la eficiencia de la naturaleza, Lin y su equipo crearon enzimas artificiales basadas en un marco de metal orgánico con aminoácidos incorporados que puede realizar reacciones fotocatalíticas de reducción de CO2 y oxidación de agua. Al modificar estos aminoácidos optimizaron la actividad y la selectividad de este sistema catalítico que realiza una fotosíntesis artificial completa. Pudieron realizar mejoras en el proceso que descompone el agua con la energía del sol y el que agrega electrones y protones al dióxido de carbono. En ambos casos, los aminoácidos ayudaron a que la reacción fuera más eficiente.

"Esta es una gran mejora con respecto a los sistemas existentes, pero lo que es igual de importante, pudimos establecer una comprensión muy clara de cómo funciona este sistema artificial a nivel molecular, algo que no se había logrado antes", aseguró Lin. Los resultados de este estudio fueron publicados en Nature Catalysis.

Perspectivas futuras

Aún con el rendimiento significativamente mejorado, en un orden de magnitud, la fotosíntesis artificial tiene un largo camino por recorrer antes de que pueda producir suficiente combustible para su uso generalizado. "Donde estamos ahora, sería necesario aumentar en muchos órdenes de magnitud para producir una cantidad suficiente de metano para nuestro consumo", dijo el investigador.

Sin embargo, esta innovación también podría producir algunas pequeñas moléculas, como las materias primas para fabricar fármacos, entre otros, que podrían ser de gran utilidad. "Muchos de estos procesos fundamentales son los mismos", explicó. "Si desarrollas buenos productos químicos, se pueden conectar a muchos sistemas", concluyó.