¿Qué investigaciones sobre fotosíntesis artificial van más adelantadas y por qué?

Actualmente, en todo el mundo se llevan a cabo diversas investigaciones sobre fotosíntesis artificial, un sistema que imita la fotosíntesis natural de las plantas, con el fin de convertir el dióxido de carbono (CO2) y el agua en electricidad o en hidrógeno, un gas que puede usarse directamente como combustible o también para producir electricidad.

¿Qué estudio prefieren dos especialistas mexicanos? Invitamos a la doctora Virginia Hidolina Collins Martínez y al doctor Alejandro López Ortiz, ambos investigadores titulares C del Cimav (Centro de Investigación en Materiales Avanzados), a elegir, entre cinco estudios que se realizan en 2018 relacionados con la fotosíntesis artificial, el más prometedor desde sus puntos de vista. Los proyectos son los siguientes:

  1. El Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP), del Instituto Tecnológico de California, desarrolla materiales catalizadores de bajo costo, conocidos como fotoánodos, los cuales separan la molécula de agua utilizando la luz del Sol.
  2. En el Massachusetts Institute of Technology (MIT) un equipo de investigadores diseñó un material de recolección de luz que imita las estructuras fotosintéticas naturales, gracias a que organizaron varios tipos de pigmentos naturales en un ensamble de ADN.
  3. En México, desde 2015, el Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemie-Sol) trabaja en un proyecto de desarrollo de celdas solares de tercera generación que imitan el proceso de la fotosíntesis para la obtención de energía eléctrica.
  4. Investigadores de la Universidad de Toronto diseñaron un sistema artificial que imita a las plantas y otros organismos fotosintéticos cuando usan la luz solar para convertir el CO2 y el agua en moléculas que pueden usarse más tarde para obtener combustible.
  5. En la Universidad de Michigan crearon un nuevo dispositivo de fotosíntesis artificial que duplica la eficiencia del aprovechamiento de la luz solar para separar el agua dulce y salada, generando hidrógeno que luego puede usarse en celdas de combustible.

“Cada una de estas cinco investigaciones trabaja bajo diferentes principios y todas intentan crear un sistema de fotosíntesis artificial, aunque en realidad no es exactamente una fotosíntesis como la hacen las plantas, ya que el resultado final en el proceso natural es la obtención de oxígeno, y en estos estudios el resultado final es la obtención de un combustible”, explica Virginia Collins, quien es doctora en Materiales por el Cimav.

Y agrega que el proyecto que más se asemejaría a una fotosíntesis natural sería el del MIT porque están utilizado proteínas y pigmentos orgánicos (tal como lo hace una planta) para generar un combustible.

“El ciclo ideal que tendría un sistema eficaz de fotosíntesis artificial sería éste: tomar el CO2 ambiental, producir electricidad usando la luz solar y, después, regresar ese CO2 al medio ambiente en forma de oxígeno” , comenta el doctor López Ortiz.

Por su parte, el doctor Alejandro López señala que “ya se había trabajado anteriormente con pigmentos orgánicos, pero los experimentos fallaban porque su periodo de vida era muy corto. Los investigadores del MIT usan moléculas que van construyendo mediante una secuencia de ADN, proceso que la clorofila hace en las plantas, es decir, se van regenerando. Ese experimento está imitando el proceso natural de auto-regeneración de las plantas para poder captar la luz solar de manera continua, lo cual no se había logrado antes”.

Añade que el estudio del MIT es interesante porque, al usar el mismo principio de auto-regeneración de las plantas, “es posible mantener una estabilidad más prolongada de las moléculas orgánicas”.

Ambos investigadores aclaran que todos estos estudios se encuentran en fase de laboratorio y coinciden en que sería necesario, primero, construir un sistema piloto para, después, escalarlo a un nivel industrial o para los consumidores finales, lo cual podría tardar entre tres y cinco años.

“El ciclo ideal que tendría un sistema eficaz de fotosíntesis artificial sería éste: tomar el CO2 ambiental, producir electricidad usando la luz solar y, después, regresar ese CO2 al medio ambiente en forma de oxígeno”, comenta el doctor López Ortiz, quien también es presidente de la Sociedad Mexicana del Hidrógeno.

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