La fotosíntesis es el proceso que las plantas usan para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como un subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se “divide”. Es una de las reacciones más importantes en el planeta porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. El hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.
Un nuevo estudio, dirigido por académicos de la Universidad de Cambridge, utilizó la fotosíntesis semi-artificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar. Utilizaron la luz solar natural para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando una mezcla de componentes biológicos y tecnologías artificiales.
La investigación ahora podría usarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable. El estudio fue publicado en la revista Nature Energy, describe cómo los académicos en el Laboratorio Reisner en el Departamento de Química de Cambridge desarrollaron su plataforma para lograr la división del agua sin ayuda solar. Su método también logró absorber más luz solar que la fotosíntesis natural.
Katarzyna Sokół, primer autor y estudiante de doctorado en el Colegio de St John’s, dijo: “La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado solo para sobrevivir, por lo que hace la mínima cantidad de energía necesaria: alrededor del 1-2% de lo que se podría convertir y almacenar”.
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. Esto significa que todavía no se puede usar para escalar los hallazgos a un nivel industrial.
La investigación de Cambridge 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.
Sokół y el equipo de investigadores no solo mejoraron la cantidad de energía producida y almacenada, sino que también lograron reactivar un proceso en las algas que han estado inactivas durante milenios.
Ella explicó: “La hidrogenasa es una enzima presente en las algas, es capaz de reducir protones en hidrógeno. Durante la evolución, este proceso se ha desactivado porque no era necesario para la supervivencia, pero logramos evitar la inactividad para lograr la reacción que queríamos: dividir el agua en hidrógeno y oxígeno “.
Sokół espera que los hallazgos permitan el desarrollo de nuevos sistemas modelo innovadores para la conversión de energía solar.
Ella agregó: “Es emocionante que podamos elegir selectivamente los procesos que queremos, y lograr la reacción que queremos, acciones que son inaccesibles por naturaleza. Esta podría ser una gran plataforma para desarrollar tecnologías solares. El enfoque podría usarse para unir otras reacciones para ver qué se puede hacer, aprender de estas reacciones y luego construir piezas sintéticas y más robustas de tecnología de energía solar”.
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.
El Dr. Erwin Reisner, director del Laboratorio Reisner, miembro del Colegio de St John’s de la Universidad de Cambridge, y uno de los autores del artículo describieron la investigación como un “hito”.
Explicó: “Este trabajo supera muchos desafíos difíciles 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”.