Desde hace décadas, varios científicos trabajan en nuevas formas de obtener energía renovable y limpia. Una de ellas pasa por recurrir a la fotosíntesis, un fenómeno natural del que depende la mayoría de la vida en la Tierra y que desde hace miles de millones de años produce nutrientes y oxígeno, gracias al trabajo de plantas y microorganismos.
Un nuevo estudio, que se acaba de publicar en Nature Energy, ha propuesto un nuevo medio para controlar la fotosíntesis y mejorar su eficiencia. Para ello, han reactivado una enzima que normalmente no está en funcionamiento y han usado un dispositivo artificial para llevar a cabo las reacciones. El resultado es que han logrado partir el agua en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) y obtener energía con más eficiencia que la fotosíntesis natural.
Los autores, investigadores en la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y dirigidos por Katarzyna Sokol, sostienen que esta fotosíntesis semi-artificial es capaz de absorber más luz solar que la fotosíntesis natural.
«La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado para permitir la supervivencia, así que produce la energía mínima indispensable. Esta es de alrededor del uno o dos por ciento de la que podría producir y almacenar», ha asegurado Sokol en un comunicado.
La investigadora Katarzyna Sokol en el laboratorio
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Andreas Wagner
No es la primera vez que los investigadores tratan de implementar la fotosíntesis artificial. Tradicionalmente, el problema de estas tecnologías es que dependen de catalizadores artificiales, moléculas tóxicas y caras, para ser eficaces. Esto dificulta mucho que se puedan usar a nivel industrial.
En este caso, los investigadores han optado por recurrir a enzimas para mejorar la eficacia del proceso. La clave está en la hidrogenasa: «La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir protones a hidrógeno –es decir, incorpora electrones en iones positivos de hidrógeno–», ha explicado Sokol. «Durante la evolución, esta enzima se desactivó porque no es indispensable para la supervivencia, pero nosotros conseguimos reactivar su funcionamiento para conseguir la reacción que buscamos, partir agua en hidrógeno y oxígeno».
Tal como ha explicado Sokol a este periódico, en este caso la novedad está en que, por primera vez, han acoplado de forma artificial la enzima hidrogenasa con el fotosistema II, un gran complejo de proteínas que en plantas y microorganismos oxida el agua y forma hidrógeno y oxígeno. ¿Para qué? La gran ventaja, según ha explicado la investigadora, es que esto aumenta la eficiencia y selectividad de las reacciones.
Estructura del fotosistema II. Las hélices representan la estructura de varias proteínas. En conjunto, oxida agua en hidrógeno y oxígeno, aprovechando energía suministrada por la luz solar
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Neveu, Curtis
«Este modelo es el primero en usar la hidrogenasa y el fotosistema II para dirigir la ruptura del agua en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) solo con luz solar», ha dicho Katarzyna Sokol. «Es un hito en la fotosíntesis semi-artificial, un campo que une la biología sintética y la de materailes para conseguir y almacenar energía sostenible».
En su opinión, han podido demostrar cómo se pueden unir polímeros y tintes artificiales para lograr la ruptura deseada del agua, sin necesidad de intervenir más allá. «Nuestro trabajo supera muchos retos asociados con unir lo biológico y lo sintético y, por tanto, proporciona herramientas para desarrollar futuras sistemas semi-artificiales».
Los autores de este estudio esperan que los hallazgos permitan desarrollar nuevos modelos para producir y almacenar energía solar, acoplando varias reacciones y construyendo dispositivos capaces de producir energía con luz natural.
Sin embargo, Sokol ha reconocido que esta investigación es fundamentalmente una prueba de concepto y que «aún es demasiado frágil para la tecnología real». Entre los puntos positivos, destaca que han logrado sustituir «frágiles enzimas» por «células catalizadoras». Quizás gracias a trabajos como este se pueda obtener energía de forma limpia y barata.
