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miércoles, abril 14, 2021

Fotosíntesis artificial para fabricar «petróleo» limpio

La perforación del suelo para encontrar combustible, incluida su versión más moderna del fracking, podría tener una primera alternativa real. La respuesta no estaría en el viento, sino en el cielo. Ni siquiera en la energía solar como tal, que hoy proporciona resultados limitados y costosos para las abundantes necesidades humanas, sino en un mejor aprovechamiento mediante su transformación en combustible líquido. Tan sencillo (y complejo) como imitar el proceso de fotosíntesis de las plantas.

No es difícil imaginar la revolución que supondría la capacidad de generar energía limpia de esta forma en cantidades industriales. Para empezar, un abaratamiento que integraría a los países en vías de desarrollo y el principio del fin de la amenaza del cambio climático, con un CO2 sin impurezas. La dimensión del cambio se completaría con una transformación del concepto mismo de su fabricación y distribución, que pasaría de una producción centralizada (para su posterior reparto), como la del petróleo, a otra local, con el consiguiente vuelco a la geopolítica del Planeta.

El paso decisivo lo acaban de completar científicos de la Universidad de Harvard. Primero fue la creación de unahoja artificial, capaz de reproducir artificialmente el fenómeno que con naturalidad llevan a cabo las plantas. Hasta ahora, este tipo de hojas habían permitido convertir la luz natural en hidrógeno y fabricar pilas de combustible.

El empujón definitivo
El éxito ha llegado ahora con el diseño y puesta en práctica de un sistema definitivo para convertir la energía solar en un combustible como el isopropanol. Se trata de un alcohol incoloro que puede usarse como combustible, similar al etanol o la gasolina. Se separa del agua utilizando sal. El trabajo continuado ha permitido además que el nuevo método alcance una eficiencia del 10%, muy por encima del 1% que los científicos atribuyen al de las plantas. Una mejora del catalizador y la incorporación de una bacteria han permitido completar y perfeccionar el ciclo.

El sistema facilita que a partir de los rayos de sol que recibe la hoja, como si de una placa solar se tratara, entre en acción después el catalizador, que divide el agua generada en hidrógeno y oxígeno. La combinación del dióxido de carbono resultante y el hidrógeno, que mediante una enzima (proteína) se transforma en protones y electrones, se termina convirtiendo en biomasa gracias a la intervención de la Ralstronia eutropha, una bacteria ya bien conocida en los laboratorios dedicados a este fin.

Fabricación de plástico biodegradable
Aunque el combustible líquido resultante en el experimento es el isopropanol, el logro del objetivo abre las puertas a la generación de otras muchas sustancias. Por ejemplo, biocombustibles como el isobutanol, o la molécula PBH, que se podría usar para la fabricación de plástico biodegradable.

La primera demostración de la llamada hoja artificial, u hoja biónica, hecha de silicona, tuvo lugar hace casi cinco años, a cargo de un equipo de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Harvard, liderado por el profesor Daniel Nocera. Pero han sido sus dos años de trabajo con Pamela Silver, catedrática de Bioquímica y Biología de Sistemas de la misma institución, los que han conducido al éxito. El trabajo acaba de ser publicado en la Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), la revista oficial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

Mejorar la eficiencia de la Naturaleza
La declaración del profesor Nocera no ha distado mucho de la euforia: «Ha habido 2.600 años de evolución, y Pamela y yo, trabajando juntos dos años, hemos logrado la eficiencia de la fotosíntesis». La catedrática Silver complementa la afirmación abriendo un mundo de ilimitadas posibilidades de futuro: «El corazón de este trabajo ha sido el paso de energía solar a la química, y para ello hemos usado una capacidad sin precedentes de la biología para hacer muchos compuestos. Los mismos principios se podrían utilizar para la fabricación de medicamentos, como por ejemplo vitaminas en pequeñas cantidades».

Por el camino han quedado problemas que, como en toda investigación, demandan tiempo y esfuerzo. Fue necesario crear un nuevo catalizador, hecho de una aleación de cobalto y fósforo, que permitiera ganar en eficiencia sin producir efectos nocivos en el oxígeno que necesitan las especies. De ello da fe Peidong Yang, profesor de Energía y Química de la californiana Universidad de Berkeley. Chino de nacimiento y nacionalizado estadounidense, Yang recibió el año pasado el prestigioso premio MacArthur, que se otorga a los «genios» de la ciencia, precisamente por su investigación decisiva para transformar la energía solar en combustible. A ese trabajo hay que sumar el que llevó a cabo, mediante la nanotecnología, para perfeccionar la hoja artificial, incorporando unos filamentos conductores a imagen y semejanza de los de las plantas.

Seguir avanzando
Con la misma capacidad de anticipación, Peidong Yang nos apunta los siguientes retos, los últimos para posibilitar un nuevo modelo energético: «Hacer la fotosíntesis enteramente artificial, sustituyendo la bacteria por materiales duraderos, y descubrir cómo fabricar bosques permanentes, para que las hojas puedan comercializarse y utilizarse».

Consciente de la necesidad de abrir la investigación a metas más ambiciosas, que requieren dinero y otros científicos, el plan del profesor Nocera es compartir sus trabajos con colegas de la India: «Yo no tengo miles de millones de dólares, pero sí puedo facilitar mis descubrimientos a otros científicos e ingenieros, para que ellos puedan seguir avanzando». Nocera se refiere al espíritu surgido a raíz del acuerdo climático de París del pasado diciembre, que ha abierto mayores posibilidades de investigación a los países en vías de desarrollo.

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