Un paso más para la fotosíntesis artificial

Las energías renovables, alternativas, y en definitiva no-dependientes del petróleo o el carbón (y cuanto menos contaminantes, mucho mejor) están de moda. Y no es para menos, pues cada vez las energías procedentes de combustibles fósiles son más caras (ya sea porque escasean, por los impuestos, o por ambos factores). De todas formas, algunas energías como los paneles solares son demasiado poco eficientes y caros para amortizarlos en un tiempo asequible: Tan solo se aprovecha un 20% de la energía creada en la reacción, y hacen falta muchos años para acabar amortizando el desembolso que cuesta adquirir las actuales células fotovoltaicas que se encuentran en el mercado. Así pues, no queda otra que pensar en energías más eficientes, y más baratas a poder ser, como la fotosíntesis artificial.

Al menos así lo han pensado los investigadores del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley, los cuales han dado un gran paso para hacer realidad un nuevo modelo catalizador mediante óxido de cobalto, cuyo funcionamiento sería similar a la reacción electroquímica que se da en la fotosíntesis natural de las plantas, pero evidentemente de forma artificial.

Paneles solares vs. fotosíntesis

Resumiendo mucho, los actuales paneles solares usan reacciones físicas donde los fotones chocan contra una superficie que produce electrones de forma directa, y cuya eficiencia energética es bastante baja (20%, como ya hemos comentado). En el caso de las plantas, se necesitan una gran cantidad de electrones para generar energía bioquímica, la cual proviene de las moléculas de ATP celular. Este ATP (la forma de energía que manejan las células de animales y plantas) se produce a través de una cadena de transporte de electrones creados para el proceso, un flujo que la fotosíntesis artificial quiere aprovechar para conseguir energía de forma más eficiente.

Para crear este gran flujo de electrones, las plantas catalizan la oxidación del agua, es decir, oxidan el agua para crear dos iones de hidrógeno (protones), un ión de oxígeno y cuatro electrones. Es un proceso muy endodérmico, es decir, necesita bastante energía para que el sistema funcione. El trabajo de este equipo de investigación quiere lograr catalizar la oxidación del agua mediante la luz natural, como las plantas.

fotosintesis

¿Cómo funcionará la fotosíntesis artificial?

En el caso de pasar este proceso natural en plantas a algo artificial, el plan era usar nanocristales de óxido de cobalto, capaces de oxidar el agua si se exponen a la luz, pero el proceso no era suficientemente decente, ya que algunos pasos de la oxidación eran demasiado lentos (aunque se llegaran a conseguir los cuatro electrones finales).

Así pues, tras analizar la reacción mediante espectroscopia de infrarrojos, este equipo de investigadores detectó que hay diferentes tipos de localizaciones catalíticas en el óxido de cobalto y algunos son más rápidos que otros. Así que la cosa fue sencilla: se controló la estructura de este material para seleccionar las localizaciones de catálisis más rápidas.

En el caso de las plantas, una vez se oxida el agua, los electrones se mezclan con los protones y producen ATP, dejando al oxígeno como “derecho”, pero beneficiando a los seres humanos que acabamos respirando dicho oxígeno. En el caso de la fotosíntesis artificial, la energía de los electrones se utilizaría para generar combustibles a partir del dióxido de carbono y los protones (iónes de hidrógeno). Todo ventajas oiga.

Según los investigadores, este catalizador de óxido de cobalto podría producir energía de forma mucho más rápida y eficiente mediante la luz solar que los actuales paneles solares. Además, el óxido de cobalto es un material abundante y de fácil manejo. De momento el asunto sigue en investigación, pero no pinta nada mal.

Vía | ExtremeTech.