Fotosíntesis
artificial
Actualmente, existe un gran número de proyectos químicos destinados a la
reproducción artificial de la fotosíntesis, con la intención de poder
capturar energía solar a gran escala en un futuro no muy lejano. A
pesar de que todavía no se ha conseguido sintetizar una molécula artificial capaz
de perdurar polarizada durante el tiempo necesario para reaccionar de
formaútil con otra moléculas, las perspectivas son prometedoras y los
científicos son optimistas.
Intentos de imitación de las estructura fotosintéticas
Desde hace cuatro décadas, en el ambiente científico se ha extendido el interés
por la creación de sistemas artificiales que imiten a la fotosíntesis. Con
frecuencia, lo que se hace es reemplazar a la clorofila por una amalgama de
compuestos químicos, ya sean orgánicos o inorgánicos, que tienen la capacidad
de captar la luz. Sin embargo, se desconoce lo que se debe de hacer con los
electrones liberados en el proceso fotosintético.
Molécula de fullereno C60, con forma igual a la de
una pelota de fútbol.
En el año 1981 fue fabricado el primer cloroplasto de carácter
artificial,20 que se encontraba constituido por una mezcla de compuestos
orgánicos sintéticos relacionados con la clorofila y que, al iluminarse, tenía
la capacidad de llevar a cabo la reacción de fotólisis del agua, generando hidrógeno y oxígeno en
estado gas. El tamaño físico del
cloroplasto artificial era mucho mayor en comparación con el de los
cloroplastos naturales, y además, su eficacia de conversión de energía lumínica
en química era notablemente inferior. Este primer experimento fue todo un hito
y supuso el primer paso hacia la construcción de un dispositivo fotosintético
obtenido artificialmente que funcionara.
En 1998, el equipo de Thomas Moore, profesor de química del
Centro de Bioenergía y Fotosíntesis de la Universidad Estatal de Arizona,
decidió incorporar al cloroplasto artificial desarrollado años antes,
una vesícula rodeada de una cubierta parecida a las membranas delos
cloroplastos naturales. En ella se hallaban las clorofilas tratadas
sintéticamente, junto con otros compuestos que se añadieron con la intención de
generar una acumulación de iones H+ en la parte interna de la
membrana. Pero el hecho más destacable del
experimento fue la incorporación de la enzima ATP-sintetasa,
principal responsable del aprovechamiento del desequilibrio en la
concentración de H+ para producir ATP. Con estas modificaciones, Moore consiguió un
comportamiento similar al de los cloroplastos reales, sintetizando ATP a partir
de energía solar, pero con un número más reducido de componentes que la cadena
fotosintética natural. Tal fue la repercusión del experimento, que en la actualidad se
continúan explorando sus aplicaciones prácticas.
En 1999, científicos norteamericanos unieron químicamente cuatro
moléculas de clorofila, dando lugar a una cadena por la que podían circular los
electrones y en cuyo remate, se encontraba una bola de fullereno C60. Tras
incidir la luz en el sistema, los electrones emitidos eran trasportados hasta
la bola de buckminsterfullereno que se quedaba cargada eléctricamente
y mantenía estable su carga. Pero el principal defecto de este imaginativo
proyecto es que los científicos que lo lideraban desconocían la posible
aplicación del fullereno cargado que se había
obtenido por medio del
proceso mencionado.
Célula de Grätzel
Las células de Grätzel son dispositivos fotovoltaicos de dióxido
de titanio nanoestructurado sensitivizado con colorante, cuyos
mecanismos para la transferencia electrónica se caracterizan por ser parecidos
a los que se producen en laplanta durante el proceso fotosintético. De hecho,
el colorante, que puede ser de naturaleza sintética o natural, permite el
empleo de la clorofila para este tipo de dispositivos.
A pesar de que ya en 1972, el alemán Helmunt Tributsch había creado
células solares fotoelectroquímicas sensitivizadas con colorante, con capacidad
para producir electricidad, usando electrodos densos convencionales. Los
desarrollos con electrodos de óxidos sensitivizados generaron eficiencias
próximas al 2,5% limitadas por la reducida superficie fotoactiva de estos
electrodos.
La principal traba de este proyecto es su eficiencia, que se sitúa en
torno al 11% en un laboratorio, pero si se extrapola a un nivel industrial
disminuye de forma notoria. Es por ello por lo que investigadores de todo el
mundo (algunos ejemplos son el grupo de trabajo encabezado por el Michael
Grätzel en Lausanne o los científicos
de la Universidad Pablo de Olavide) trabajan para incrementar la
eficiencia, así como
para descubrir configuraciones alternativas y más prácticas.
A pesar de que su introducción en el mercado es todavía muy limitada, ya
existen empresas como la australiana Sustainable Technologies
International que en el año 2001, y tras un programa de desarrollo que
alcanzó el coste de doce millones de dólares, implantó de forma pionera una
planta de producción a gran escala de células solares de titanio sensitivizado.
Disoluciones homogéneas
El 31 de agosto del 2001 se publicó el la revista
Science, un artículo en el que se recogía el resultado de un experimento
realizado por unos investigadores del Instituto Tecnológico
deMassachussets, consistente en obtener hidrógeno por medio de disoluciones de
ácido clorhídrico, usando como catalizador un compuesto orgánico de naturaleza
sintética contenedor de átomos de rodio como centro activo.
El hecho de que la regeneración del
catalizador de rodio no sea perfecta, obliga a tener que reabastecerlo cada
cierto período para mantener la reacción, por lo que en la actualidad se sigue
investigando para obtener el catalizador que mejor se adecue.
