Desentrañar los secretos de la fotosíntesis artificial

El grupo de investigación junior dirigido por el Dr. Jacob Schneidewind lanza un nuevo proyecto sobre producción de hidrógeno

05.07.2024

El Dr. Jacob Schneidewind investiga la división del agua con luz azul.

Jens Meyer (Universität Jena)

"Nuestro objetivo común es desarrollar cloroplastos artificiales y utilizarlos para realizar la fotosíntesis con el fin de producir hidrógeno", explica el Dr. Jacob Schneidewind, de la Universidad Friedrich Schiller de Jena. La idea es utilizar un espectro de luz lo más amplio posible y emplear materiales de partida baratos". El químico investiga en el Centro de Química Energética y Medioambiental de Jena (CEEC Jena) de la Universidad Friedrich Schiller. Su nuevo proyecto de investigación "Desdoblamiento bifotónico del agua para la realización de fotocatálisis acoplada" está financiado por la Fundación Alemana de Investigación con 325.000 euros. El proyecto forma parte del centro de investigación colaborativa y la red de investigación "CataLight", que se coordina en las Universidades de Jena y Ulm. El proyecto comenzará en julio de 2024.

Producir hidrógeno con ayuda de la luz solar

"En lashojas de las plantas verdes, varias moléculas interactúan siempre entre sí en el proceso de fotosíntesis", explica Jacob Schneidewind. Sin embargo, estas moléculas primero tienen que encontrarse. Por eso, en las "hojas" construidas, las moléculas deben estar dispuestas de tal manera que la búsqueda de un compañero de reacción ya no sea necesaria. Jacob Schneidewind se refiere a esto como la preorganización de las moléculas en el reactor. El objetivo es utilizar polímeros personalizados para la reacción que generen esta preorganización. Su grupo de investigación se beneficia de las colaboraciones dentro de la red de investigación "CataLight".

Las plantas producen compuestos azucarados de alta energía con ayuda de la luz solar. En sus hojas, los elementos manganeso, calcio y magnesio intervienen en este proceso. La fotosíntesis artificial, en cambio, consiste en dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Hasta la fecha, se ha utilizado el metal precioso rutenio como catalizador en los reactores. Pero como el rutenio es raro y caro, Jacob Schneidewind y su equipo de siete científicos quieren sustituirlo por materiales alternativos como el hierro. El hierro sería barato y fácil de conseguir.

Al mismo tiempo, se pretende ampliar el espectro de luz que sirve de fuente de energía durante la reacción. A menudo sólo se utiliza la luz ultravioleta, que no representa más que una pequeña parte del espectro solar. "Laidea es utilizar simultáneamente las distintas gamas de luz", explica Schneidewind. Así, sería concebible utilizar sistemas en los que el agua fluyera a través de películas de polímero situadas detrás de un cristal y expuestas a la luz solar. Entonces sólo habría que recoger el hidrógeno ascendente.

Aunque esto parece sencillo, es complicado de realizar. En otras palabras: "En lo que respectaa la fotosíntesis, las plantas llevan una ventaja de unos tres mil millones de años", afirma Jacob Schneidewind. Ese es el tiempo que hace que los organismos unicelulares sencillos empezaron a resolver sus problemas energéticos de esta forma tan elegante. Ahora hay que seguir descifrando los entresijos de este proceso para crear una fuente de energía eficiente.

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