Fotosíntesis artificial

En el marco de la escuela “Nuevas Formas de Almacenamiento de Energía Renovable: Fotosíntesis Artificial”, realizada en la Facultad, y en la que participaron numerosos especialistas nacionales e internacionales, estuvieron presentes Thomas y Ana Moore, profesores en la Escuela de Ciencia Molecular de la Universidad del Estado de Arizona, Estados Unidos, quienes investigan en el campo de la fotosíntesis artificial.

La fotosíntesis, ese proceso por el cual las plantas, gracias a la energía solar, transforman el dióxido de carbono en materia orgánica, puede realizarse en forma artificial. Así, es posible aprovechar la energía del Sol para generar fuerza electromotriz de manera limpia y eficiente, lo cual podría contribuir a mitigar algunos de los efectos negativos del empleo de combustibles fósiles. Estos procesos pueden emplearse, por ejemplo, para descomponer moléculas de agua y obtener hidrógeno, o también para  producir materia orgánica.

Thomas Moore y su esposa, ambos profesores en la Universidad del Estado de Arizona, Estados Unidos,  junto a otros colegas, vienen trabajando en el campo de la fotosíntesis artificial desde la década de 1980. El propósito es imitar la fotosíntesis natural, y para ello estudian los pasos de ese complejo proceso y sintetizan las moléculas que participan en él.

“No creemos que lo que hacemos pueda trasladarse a una escala industrial, pero muchos de los procesos que hemos descripto ya se están usando en desarrollos de fotosíntesis artificial”, señala Ana Moore, investigadora argentina que se estableció en Estados Unidos en la década de 1970.

Por su parte, Thomas acota: “Hacemos investigación básica, pero uno nunca sabe en qué pueden desembocar estos estudios, de hecho, existe un buen registro histórico de cómo la ciencia básica ha cambiado el mundo en las últimas décadas”.

¿Una planta artificial?

Para Thomas, “lo principal es la sustentabilidad”, y prosigue: “Usamos combustibles fósiles para mover nuestras economías, pero estamos transfiriendo dióxido de carbono a la atmósfera, lo cual tiene efectos desastrosos para el clima”.

Lo cierto es que la fotosíntesis natural no es suficiente para absorber el exceso de dióxido de carbono presente en la atmósfera. Actualmente, los niveles de este gas de efecto invernadero superan las 400 partes por millón, mientras que, antes de la Revolución Industrial, no alcanzaban a 270 partes por millón.

“Para que el planeta no colapse, le tenemos que dar una ayuda a la naturaleza, y esa ayuda viene de la mano de la fotosíntesis artificial”, destaca Moore.

Uno de los primeros pasos en el desarrollo de la fotosíntesis artificial se dio a comienzos de la década de 1970, cuando un estudiante de la Universidad de Tokio y su director demostraron que unos electrodos de dióxido de titanio, cuando eran expuestos a luz ultravioleta, eran capaces de descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno.

Según Moore, la fotosíntesis artificial puede consistir en formas muy diversas, que incluyen, entre otras, a las celdas fotovoltaicas para producir electricidad y lograr la electrólisis del agua, que es la descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno, y luego emplear este último como combustible.

El empleo de hidrógeno para proporcionar fuerza electromotriz a vehículos y embarcaciones constituye una forma de energía limpia, ya que no genera contaminantes. La pregunta, entonces, es si se emplea actualmente la fotosíntesis artificial para generar hidrógeno de manera sostenible. Moore responde: “En realidad, más del 90% del hidrógeno se genera a partir de un proceso basado en el metano, que es mucho más económico, pero emite gases de efecto invernadero”. La razón es que la electrólisis del agua para obtener hidrógeno es más costosa que la generación de ese combustible a partir del metano, porque este gas es muy económico.

“La única forma de lograr un cambio es mediante leyes”, subraya el investigador. Y prosigue: “Y las leyes requieren acuerdos globales. Porque si un país produce hidrógeno mediante un método costoso, y el resto del mundo, en cambio, emplea métodos mucho más baratos, ese país estará en desventaja respecto del resto, y nadie va a comprar ese hidrógeno más costoso”.

Convertir el CO₂ en roca

Los sistemas de fotosíntesis artificial tienen dos objetivos principales: por un lado, absorber parte del CO₂ de la atmósfera; por el otro, obtener combustibles limpios o generar biomasa. Pero hay un tercer objetivo: “inmobilizar el CO₂ durante millones de años”, afirma Moore. La forma es convertirlo en roca, en piedra caliza.

Según el matrimonio Moore, mediante la fotosíntesis artificial, es posible quitar el CO₂ de la atmósfera y producir combustibles como el hidrógeno, generar biomasa, y también almacenar el gas de efecto invernadero y mantenerlo inmovilizado durante millones de años.

La mayor preocupación de estos investigadores es que algún día pueda alcanzarse una economía sostenible. La fotosíntesis artificial tiene un potencial para obtener energía limpia y, al mismo tiempo, extraer dióxido de carbono de la atmósfera. Pero el  método todavía es costoso en relación con los sistemas tradicionales de generación de energía. “Tecnológicamente es posible –recalca Moore– pero se requieren acuerdos políticos globales para lograr una economía sostenible”.

“Para nosotros lo más importante es seguir formando recursos humanos en la investigación acerca de la energía solar”, asegura el investigador, y concluye: “Respecto del futuro del planeta, soy optimista en cuanto a la tecnología, pero pesimista acerca de la conducta humana”.