Un equipo de la Universidad de Basilea ha desarrollado una nueva molécula basada en la fotosíntesis vegetal que pueda llegar a convertir la luz solar en combustibles neutros en carbono.
Las plantas utilizan la energía solar para convertir el CO2 en moléculas de azúcar ricas en energía. Este proceso se denomina fotosíntesis y es la base de prácticamente toda la vida: animales y humanos pueden “quemar” los carbohidratos producidos de esta manera y utilizar la energía almacenada en ellos. Esto produce dióxido de carbono, cerrando el ciclo.
Este modelo también podría ser la clave para obtener combustibles respetuosos con el medio ambiente, ya que los investigadores trabajan en imitar la fotosíntesis natural y utilizar la luz solar para producir compuestos de alta energía: combustibles solares como el hidrógeno, el metanol y la gasolina sintética. Si se quemaran, producirían solo la cantidad de dióxido de carbono necesaria para producir los combustibles. En otras palabras, serían neutros en carbono.
DOBLE CARGA POSITIVA Y NEGATIVA
En la revista científica Nature Chemistry, el profesor Oliver Wenger y su estudiante de doctorado Mathis Brändlin han informado sobre un paso intermedio hacia la consecución de esta visión de la fotosíntesis artificial: han desarrollado una molécula especial capaz de almacenar cuatro cargas simultáneamente bajo la irradiación de luz: dos positivas y dos negativas.
El almacenamiento intermedio de múltiples cargas es un prerrequisito importante para convertir la luz solar en energía química: las cargas pueden utilizarse para impulsar reacciones, por ejemplo, para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno.
La molécula consta de cinco partes enlazadas en serie, cada una con una función específica. Un lado de la molécula tiene dos partes que liberan electrones y se cargan positivamente en el proceso. Dos del otro lado captan los electrones, lo que provoca que se carguen negativamente. En el centro, los químicos colocaron un componente que capta la luz solar e inicia la reacción (transferencia de electrones).
Para generar las cuatro cargas, los investigadores adoptaron un enfoque gradual utilizando dos destellos de luz. El primer destello de luz incide en la molécula y desencadena una reacción en la que se generan una carga positiva y una negativa. Estas cargas se desplazan hacia los extremos opuestos de la molécula. Con el segundo destello de luz, se repite la misma reacción, de modo que la molécula contiene entonces dos cargas positivas y dos negativas.
“Esta excitación gradual permite utilizar una luz significativamente más tenue. Como resultado, ya nos estamos acercando a la intensidad de la luz solar”, explica Brändlin en un comunicado. Investigaciones anteriores requerían una luz láser extremadamente potente, algo muy distinto de la visión de la fotosíntesis artificial. “Además, las cargas en la molécula se mantienen estables el tiempo suficiente para ser utilizadas en posteriores reacciones químicas”.
Dicho esto, la nueva molécula aún no ha creado un sistema de fotosíntesis artificial funcional. "Pero hemos identificado e implementado una pieza importante del rompecabezas", afirma Oliver Wenger. Los nuevos hallazgos del estudio ayudan a mejorar nuestra comprensión de las transferencias de electrones, fundamentales para la fotosíntesis artificial. “Esperamos que esto nos ayude a contribuir a nuevas perspectivas para un futuro energético sostenible”, concluye Wenger.