Aprovechar la fotosíntesis semiartificial para crear productos químicos y combustibles sostenibles
La fotosíntesis es una máquina antigua generadora de energía. Durante miles de millones de años, las plantas han utilizado la luz solar, el agua y pequeñas concentraciones de dióxido de carbono de la atmósfera para crear combustible en forma de azúcares. La fotosíntesis artificial utiliza los mismos principios pero con materiales artificiales. Ambos procesos tienen aspectos positivos y limitaciones: los sistemas naturales están limitados en su eficacia; los sintéticos, en lo que pueden producir; aún estamos lejos de crear azúcares. En la fotosíntesis semiartificial se pretende tomar lo mejor de ambos mundos. Utiliza enzimas de organismos naturales como las bacterias y las integra en sistemas sintéticos como catalizadores. Esto ofrece nuevas estrategias para desarrollar tecnologías altamente eficientes capaces de convertir la energía solar en combustibles químicos sostenibles. «Si queremos llegar a cero emisiones netas de carbono en 2050, no basta con producir mucha electricidad renovable. En algún momento, las plantas petroquímicas y las fábricas de plástico también tendrán que ser sostenibles», explica Erwin Reisner, catedrático de Energía y Sostenibilidad de la Universidad de Cambridge y coordinador del proyecto MatEnSAP. «Queremos contribuir a la transición de una industria química alimentada por combustibles fósiles a una industria química alimentada por energía solar o, al menos, ecológica», afirma. En el proyecto MatEnSAP, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), se exploraron nuevos catalizadores biológicos para integrarlos en la fotosíntesis artificial, sentando las bases del sector de la fotosíntesis semiartificial.
Las bacterias como catalizadores
El equipo de MatEnSAP probó una serie de posibles enzimas de organismos biológicos que podrían potenciar la fotosíntesis artificial. Se podría demostrar que algunas de estas enzimas convierten el dióxido de carbono en combustible limpio casi sin pérdida de energía, una hazaña que actualmente no es posible con los catalizadores sintéticos. El equipo también trabajó en la caracterización de los organismos para encontrar los más adecuados. «Todos ellos tienen propiedades muy diferentes», señala Reisner. «Tardamos un par de años en identificar uno que realmente funcionara bien en nuestros sistemas». A continuación, el equipo creó una serie de componentes para demostrar la viabilidad de la fotosíntesis semiartificial, incluidos reactores electroquímicos, absorbedores de luz y polímeros.
Estructuras porosas
Uno de los avances clave del proyecto fue la creación de «estructuras porosas» de óxidos metálicos para alojar las enzimas. El tamaño de los poros puede ajustarse para que se adapten perfectamente a las enzimas. Pueden apilarse unas sobre otras y aumentar las reacciones dentro del sistema. Los electrones generados por los paneles solares pueden introducirse directamente en las enzimas, impulsando así la síntesis de combustible a partir de dióxido de carbono con luz solar. «Todo esto es facilitado por la estructura, y lo confirmamos con una serie de técnicas diferentes, que pusimos en marcha dentro del proyecto», dice Reisner.
Hacia una industria química sostenible
El equipo exploró el uso de estos organismos para otras reacciones, incluido el reciclado de residuos. Trabajan en la creación de productos químicos sostenibles a partir de residuos plásticos, y se encuentran en la fase inicial del lanzamiento de una empresa emergente basada en este proceso. El trabajo del equipo de MatEnSAP continuará a través de otro proyecto financiado por el ERC, SolReGen. En MatEnSAP se estableció la fotosíntesis semiartificial como un campo de investigación emergente con relevancia tecnológica. Esta línea de investigación está creciendo en la actualidad, con numerosos proyectos de investigación relacionados en marcha en todo el mundo, sobre todo en el campo de los combustibles solares. «Se trata de un campo de investigación que crece muy rápido», añade Reisner. «Desde el punto de vista del impacto académico, creo que sin duda ha sido un gran éxito».
Palabras clave
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