Un sistema híbrido consigue la producción de un hidrocarburo a partir de luz solar y dióxido de carbono.
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Un equipo de investigadores procedentes de varias instituciones norteamericanas han conseguido dar un paso más hacia la fotosíntesis artificial, una meta general consistente en la obtención de energía y/o materiales a través de la luz solar que imite la fotosíntesis natural.
En este caso se consigue capturar dióxido de carbono antes de que vaya a pasar a la atmósfera y convertirlo en un hidrocarburo gracias a la luz solar.
El sistema consiste en un mecanismo híbrido que usa nanohilos semiconductores y bacterias en un medio acuoso. El resultado es acetato, que es un bloque básico de partida para la biosíntesis artificial hoy en día.
El clima terrestre está cambiando por culpa del dióxido de carbono que emitimos a la atmósfera al quemar combustibles fósiles. Cualquier método que permita evitar o reducir la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera es bienvenido. Sin embargo, los intentos de secuestrar dióxido de carbono no parece que hayan tenido mucho éxito hasta el momento. La fotosíntesis artificial podría ayudar en este sentido. O eso se pretende.
En este caso, los nanohilos semiconductores (de silicio y óxido de titanio) captan la energía de la luz solar en varias regiones del espectro y la desvían en forma de electrones hacia unas bacterias en donde el dióxido de carbono es reducido y combinado con el agua para producir hidrocarburos útiles. Además, las bacterias son protegidas de su sensibilidad al oxígeno (son anaerobias) por los nanohilos como si fueran huevos de pascua en la hierba. El sistema está alimentando por energía solar, que es renovable, y además sirve para secuestrar dióxido de carbono siempre que el producto obtenido no se queme.
El esquema de funcionamiento es similar al de los cloroplastos de las plantas. Al comienzo se generan pares electrón-hueco en los nanohilos por la acción de los fotones de luz recibidos. Luego los electrones pasan a las bacterias para la reducción del dióxido de carbono, mientras que los huecos generados son usados para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.
El microorganismos empleado en este caso ha sido Sporomusa ovata, una bacteria anaeróbica que es capaz de aceptar del ambiente electrones directamente y usarlos para reducir el dióxido de carbono.
El acetado resultante puede ser empleado para la confección en una segunda fase de muchos productos (butanol, plástico PHB, etc) usando bacterias E. coli. Estas dos fases podrían ser combinadas en un futuro para obtener la sustancia deseada de una sola vez.
En los experimentos realizados se ha conseguido un rendimiento del 0,38% durante 200 horas de iluminación, un rendimiento muy similar al de una hoja natural. El objetivo próximo es elevar esta eficacia hasta el 3% en una segunda generación y llegar más tarde hasta el 10%, que estaría ya en el umbral de la rentabilidad comercial.
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Fuentes y referencias:
Artículo original [2]
Foto: Berkeley Lab.