• El principio básico de la Fotosíntesis Artificial es captar la energía solar, producir una corriente eléctrica (electrones), y propiciar las reacciones químicas de ruptura de la molécula de agua y la reducción del dióxido de carbono.

México, D.F., a 18 de octubre de 2012

El estudio de los procesos fotosintéticos a nivel internacional ha merecido 10 premios Nobel desde 1917. En la década de los sesenta se descubrió el fenómeno fotocatalítico de la descomposición del agua, hecho que sentó un precedente para fortalecer los estudios que adelantaron que la fotosíntesis artificial era posible.

Dentro de su esquema, el proceso artificial de la fotosíntesis suma al conocimiento que se tiene de los procesos fisiológicos de las plantas, las capacidades de observar y manipular la estructura de los nanomateriales para elaborar dispositivos que repliquen la fotosíntesis.

En México, la comunidad académica respondió a la necesidad de innovar en este proceso que es considerado, a nivel internacional, como la oferta tecnológica más avanzada para obtener energéticos renovables de alta potencia mediante el aprovechamiento de la luz solar, el agua y la absorción del CO2 ambiental.

Por ello, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) presentó el proyecto Fotosíntesis Artificial, primero en su tipo, que agrupa a investigadores nacionales especializados en fotocatálisis, electroquímica, microscopía electrónica, el desarrollo de nanomateriales, entre otras disciplinas, para que desarrollen en el mediano plazo la tecnología propia que permita a nuestro país crear sus propios dispositivos que utilicen la luz solar para realizar la fotosíntesis artificial.

Se sabe que a través del uso de materiales con propiedades catalíticas y semiconductoras se puede transformar la energía luminosa en energía eléctrica y producir portadores de carga que sean capaces de llevar a cabo la descomposición de agua en hidrógeno y oxígeno, y cuyos excedentes puedan ser utilizados en otros dispositivos.

A decir del Dr. Ricardo Gómez, investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana (Iztapalapa), y uno de los seis coordinadores académicos de este esquema, “esta sería la primera vez que México estuviera en una búsqueda de este tipo, pues se parte de la ciencia básica para obtener estos resultados (…) y no podemos esperar diez años para que nos digan que ya se puede hacer”.

“El principio más importante es imitar una planta, y si podemos obtener metano, metanol y posteriormente glucosa, estaremos inmersos en replicar un proceso que a la naturaleza le ha tomado millones de años”, añadió el Dr. Gómez.

México está en la ruta para elaborar dispositivos que repliquen la fotosíntesis de manera artificial.

El académico destacó que desde hace cinco años su grupo de trabajo, en conjunto con la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), comenzó a ocuparse sobre la producción de hidrógeno a partir de la luz solar, influenciados por los trabajos de producción directa de hidrógeno mediante catalizadores que se realizan en Japón.

En esa misma línea el coordinador de la UANL, Dr. Isaías Juárez, explicó que su grupo analiza la obtención de hidrógeno a través de la fotocatálisis, donde han acumulado experiencia en la observación de nano estructuras, pues “esos semiconductores son susceptibles de mejora para agilizar el proceso”.

Explicó que tanto su laboratorio como el del Dr. Ricardo Gómez han diseñado un reactor especial para examinar las reacciones de la fotocatálisis. “Si el H2 que se produce puede ser almacenado, es posible aplicarlo como combustible. Pero también si el hidrógeno en el mismo sistema puede ser reutilizado, puede hacerse reaccionar con el CO2 y producir metano o metanol.”

La colaboración entre instituciones es un elemento central para la consecución de este proyecto, pues como lo explica el Dr. Héctor Calderón, coordinador general del grupo de investigación y especialista en la caracterización de materiales por microscopía electrónica, si la UAM Iztapalapa elabora sus nanomateriales, éstos pueden ser caracterizados en los laboratorios del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav) para analizar el tamaño de las partículas, su densidad, sus propiedades y posteriormente determinar sus aplicaciones.

En relación con la colaboración en el área de la nanotecnología, el Dr. Alfredo Aguilar, especialista del Cimav en catálisis, resaltó la infraestructura del Centro para caracterizar materiales nanoestructurados y nanométricos que sirvan de base para transformar el CO2 en metano, obteniendo así un energético que puede volver a reciclarse sin tener mayor impacto en la acumulación de bióxido de carbono. Con esto, dijo, en un esquema más ambicioso, se podrían utilizar las emisiones concentradas de la industria para ingresarlas a un proceso fotoquímico y transformar el CO2 en un compuesto de mayor valor agregado que el metano.

En tanto, el Dr. Edilso Reguera Ruiz, investigador del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada(Cinvestav) del IPN, explicó que tanto la ruptura de la molécula de agua, como la reducción del CO2 son procedimientos complicados, donde la separación del agua consume el 99 por ciento del balance energético, dejando el 1% restante en el balance de energía del dióxido de carbono. Esta relación de energía es de 1.24 electrón/voltio generado por el agua en comparación con 1.23 electrón/voltio obtenido del dióxido carbónico. Además, la obtención de hidrógeno supone una complicación en su almacenamiento en estado líquido, pues su temperatura crítica es de 32 grados Kelvin, es decir -241°C.

El Dr. Calderón describió el desarrollo fotosintético artificial (hoja artificial) como un bosque de nanoalambres que captura la luz por procesos fotovoltaicos. A partir de esta captación se genera una corriente eléctrica de 1.24 y 1.23 electrón/voltio que se hace llegar a unas nanopartículas (adheridas al conjunto de nanoalambres) para que se disocie la molécula de agua. Agregó que, en principio, la iniciativa Fotosíntesis Artificial trabajaría con la molécula de agua, pues para actuar con el CO2 se necesita el hidrógeno como materia prima.

“Construir” un “bosque” de nanoalambres es el principio para replicar un proceso que a la naturaleza le ha tomado millones de años.