Los investigadores de la LSU están explorando nuevas formas de utilizar la fuente de energía más antigua de nuestro planeta -la luz del sol- para crear energía verdaderamente verde a demanda. Ya has oído hablar de las células y los paneles solares, pero David Vinyard, profesor adjunto del Departamento de Ciencias Biológicas de la LSU, está estudiando otro método para aprovechar la energía del sol: La fotosíntesis.
La idea general de la fotosíntesis -la capacidad de las plantas de absorber la luz solar y utilizar esa energía para producir azúcares, o biomasa, a partir de agua y dióxido de carbono- es bien conocida. Pero la mecánica exacta aún se está descubriendo. Vinyard sigue el proceso átomo por átomo, electrón por electrón.
“Es sorprendente lo mucho que desconocemos sobre cómo la naturaleza convierte la energía luminosa en energía química teniendo en cuenta que ocurre a una escala tan masiva”, aseguró Vinyard. “Si podemos aprender los mecanismos químicos y físicos que utiliza la naturaleza, podremos dar esos planos a los químicos e ingenieros para que desarrollen dispositivos de conversión de energía limpia. Esencialmente, una hoja artificial“.
Una hoja artificial podría ser una célula de “combustible” solar barata y eficiente. Podría utilizar la energía de la luz para extraer electrones y átomos de hidrógeno del agua, que luego podrían recombinarse para crear gas hidrógeno, un combustible verde. En la actualidad, cerca del 95% del hidrógeno se produce a partir del gas natural, un combustible fósil, mientras que una hoja artificial podría producirlo a demanda utilizando únicamente agua y luz solar.
“A medida que los mercados energéticos mundiales y nacionales se vuelven cada vez más sensibles a la gestión del carbono asociada a nuestras fuentes de energía tradicionales, el trabajo del Dr. Vinyard tiene el potencial de ayudar a Luisiana a diversificar su economía energética ayudando a proporcionar más opciones en la composición de nuestras fuentes de energía”, afirmó Jason Lanclos, director de la Oficina Estatal de Energía del Departamento de Recursos Naturales de Luisiana.
Vinyard, que recibió un premio a la carrera temprana del Departamento de Energía de los Estados Unidos en 2019 para estudiar la conversión de energía, investiga la minúscula mecánica química de la fotosíntesis, un proceso que ha estado ocurriendo durante miles de millones de años. El laboratorio de Vinyard está llevando a cabo lo que él llama “investigación muy fundamental”, rastreando el proceso átomo por átomo, electrón por electrón, para mapear exactamente cómo se rompen y forman los enlaces químicos a través de cada paso minúsculo.
Otro componente importante de la ruta fotosintética para crear energía limpia, según Vinyard, es que la fotosíntesis natural sólo utiliza materiales abundantes en la Tierra. Muchos sistemas catalíticos desarrollados por químicos e ingenieros siguen dependiendo de elementos raros como el platino, el rodio y el paladio, que no sólo son caros, sino que sólo se encuentran en lugares selectos.
Una hoja artificial utilizada para la producción de energía limpia tendría dos partes, según Vinyard. Como primer punto, un catalizador utilizaría la energía de la luz para extraer electrones y átomos de hidrógeno del agua, o H2O. Lo ideal sería que este proceso utilizara materiales de bajo coste.
“La naturaleza puede dividir las moléculas de agua utilizando abundante calcio y manganeso, y eso es notable”, dijo el investigador. En la segunda parte, los átomos de hidrógeno liberados y los electrones se recombinan para generar gas hidrógeno, H2, que puede utilizarse como combustible.
“Si podemos aprender cómo la fotosíntesis natural divide el agua utilizando la luz solar, entonces podríamos aplicar este conocimiento hacia el desarrollo de células de combustible solares baratas y eficientes”, aseguró Vinyard. “En caso de emergencia, se podría generar combustible a demanda utilizando sólo agua y luz solar. Un día -ojalá sea pronto- este tipo de tecnología podría ayudarnos a abandonar el uso generalizado de los combustibles fósiles”.
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Jessica Ávila
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