Martes, 23 de marzo de 2010
Un paso más hacia la fotosíntesis artificial
¿Qué es la fotosíntesis?
La mejor descripción (sin perder rigor, por supuesto) la encontramos en Perú Ecológico:
El proceso biológico más importante de la Tierra es la fotosíntesis de las plantas verdes. A partir de ésta se produce prácticamente toda la materia orgánica de nuestro planeta y se garantiza toda la alimentación de los seres vivos.
De este proceso químico y biológico dependen tres aspectos de suma importancia:
· Por la fotosíntesis las plantas verdes producen alimentos y materia orgánica para si mismas y para alimentar a los animales herbívoros, y éstos, a su vez, a los animales carnívoros.
· Se vuelve a utilizar el dióxido de carbono ICO,) producido por los animales y por los procesos de putrefacción o descomposición. De otra manera el CO, saturaría el planeta.
· Se restituye el oxigeno al aire y se hace posible la respiración.
Las plantas verdes poseen en su estructura celular orgánulos especiales denominados cloroplastos, que tienen la cualidad de llevar a cabo reacciones químicas conocidas como fotosíntesis, o sea, de realizar síntesis con ayuda de la luz solar.
La fotosíntesis consiste en los siguientes procesos:
· El dióxido de carbono (CO2 ) es absorbido por los estamos de las hojas, y junto con el agua (H2O), que es absorbida por las raíces, llegan a los cloroplastos, donde con ayuda de la energía de la luz se produce la glucosa (C6 H12 O6).
· Durante esta reacción se produce oxígeno (O2), que es emitido al aire o al agua y es utilizado para la respiración de otros seres vivos. la fórmula sencilla de la reacción química es la siguiente:6 CO2 + 12 H2O + energía de la luz = C6 H12 06 + 6 O2 + 6 H2O
Esto significa que se usan 6 moléculas de dióxido de carbono (CO2) más 12 moléculas de agua (H2O) más energía de la luz para producir una molécula de glucosa (C6 H12 O6) más 6 de oxígeno (O2) y quedan6moléculos de agua (H2O).
· A partir de la glucosa (C6 H12 O6) un azúcar muy común en las frutas, se producen la sacarosa, el almidón, la celulosa, la lignina o madera y otros compuestos, que son la base de los alimentos para las plantas mismas y para los herbívoros.
Mediante el proceso de la fotosíntesis la energía solar es acumulada en forma de compuestos químicos, que al ser consumidos por los seres vivos liberan esa energía y sirven para mantener los procesos vitales en las células (calor, movimiento, etc.).
De la fotosíntesis depende la alimentación de todos los seres vivos sobre la Tierra, incluido el hombre, en forma directa (herbívoros) o indirecta (carnívoros, carroñeros, detritívoros, etc.). Sin plantas verdes no sería posible la existencia ni de los animales ni de los seres humanos. Es más, las fuentes de energía orgánica (carbón, petróleo, gas natural y leña) no son otra cosa que energía solar acumulada y liberada en los procesos de combustión, mediante la cual se mueve en gran parte la sociedad moderna (vehículos, cocinas, fábricas, etc.).
Es por esto que el proceso final de combustión de estas fuentes de energía orgánica produce agua y dióxido de carbono. Cuando la combustión es imperfecta o los combustibles orgánicos contienen impurezas la combustión, como la de los motores, produce elementos contaminantes, que pueden afectar al ambiente y a la salud de las personas.
Un nuevo catalizador nos acerca un poco más hacia la meta de producir hidrógeno de manera barata a partir de la luz del sol sin la mediación caras células fotovoltaicas.
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Desde hace décadas se experimenta con catalizadores que permitan obtener hidrógeno a partir del agua y la luz del sol. El sistema sería muy sencillo, en presencia de luz solar el agua activada por un catalizador se dividiría, produciendo burbujas de hidrógeno y oxígeno que podrían ser utilizados como combustible o para producir electricidad. Por desgracia, pese a que algunos funcionan, no parece que sean muy eficientes o económicos. Sin embargo, con los actuales problemas de crisis energética y cambio climático, este tipo de tecnología ha recibido un nuevo impulso y empiezan a aparecer resultados nuevos y prometedores.
Uno de los resultados más recientes al respecto viene de una colaboración entre la Universidad Emory y el Instituto de Química Molecular de París. Han logrado desarrollar un nuevo catalizador de este tipo (o WOC en sus siglas en inglés) que permite la producción de oxígeno, y que sería más económico y rápido que otros desarrollados con anterioridad. El logro fue publicado en Science el pasado 11 de marzo. Algunos sistemas que se desarrollaron en el pasado permitían solamente la producción de hidrógeno, mientras que el oxígeno se combinaba con el catalizador destruyéndolo en el proceso, por lo que al cabo de un tiempo la producción de hidrógeno se detenía. Encima algunos de estos catalizadores estaban basados en elementos caros como el platino.
Para que un catalizar WOC sea viable necesita ser selectivo, estable y rápido. Además la homogeneidad también es deseable, ya que aumenta la eficacia y hace que el catalizador sea más fácil de estudiar y optimizar. El nuevo catalizador tiene todas estas cualidades y está basado en un elemento como el cobalto que no es muy escaso en la corteza terrestre. Potencialmente podría ayudar al desarrollo de la energía solar.
La idea de este tipo de catalizadores es imitar la fotosíntesis, que se produce de manera natural en las plantas, para producir combustibles de una manera limpia.
El próximo paso de este grupo de investigadores consistirá en la incorporación de este tipo de catalizador en un sistema de fotólisis de agua alimentado por energía solar. A largo plazo la meta es producir oxígeno e hidrógeno a partir del agua y cuya combinación en una célula de combustible produciría electricidad. El hidrógeno también podría ser utilizado como combustible en una máquina térmica o para la producción de otros combustibles. En el balance final no habría emisión de gases de efecto invernadero, obteniéndose otra vez agua como producto final.
Los desafíos técnicos principales para lograr un sistema de producción de energía de este tipo son el desarrollo de un colector de luz solar, un catalizador para producir oxígeno tipo WOC (como el recientemente conseguido) y un catalizador para producir hidrógeno. Los tres componentes necesitan ser mejorados, pero el catalizador tipo WOC es el más difícil de conseguir. El objetivo de estos investigadores era conseguir un catalizador WOC libre de estructura orgánica, debido a que los componentes orgánicos se combinan con el oxígeno y se autodestruyen en el proceso.
Las enzimas son catalizadores naturales, pero las enzimas naturales que forman parte del sistema fotosintético de las plantas son las menos estables de la Naturaleza y unas de las de más corta vida debido a que realizan la función más dura de todas.
Craig Hill, de la Universidad de Emory y participante en el proyecto, dice que han logrado duplicar este proceso natural mediante el copiado de las características esenciales de la fotosíntesis y usándolas en un sistema sintético libre de carbono. El WOC que han conseguido es mucho más estable que su correspondiente enzima natural.
Hasta ahora se han desarrollado unos 40 catalizadores de tipo WOC, pero todos ellos tenían serias limitaciones, como el contener componentes orgánicos que se oxidaban durante el proceso.
Hace dos años este mismo grupo de investigadores desarrollaron un catalizador homogéneo, rápido y libre de carbono pero que estaba basado en rutenio, que es un elemento escaso y caro. A partir de entonces han experimentos con cobalto, que es mucho más abundante (no tanto como creen los investigadores) y barato que el rutenio. Este nuevo catalizador ha demostrado incluso ser más rápido que el basado en rutenio.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3046
Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Universidad de Emory.
Artículo original en Science (resumen).
Web sobre energía limpia en Universidad de Emory.
Tomado de: