Bio-sualiza la fotosíntesis artificial

Recientes investigaciones e inversiones realizadas por la Fundación Científica Europea (ECF), así como por otro lado, por el Departamento de Energía de los EE.UU (DOE) que ha invertido 122 M de USD en un proyecto de investigación de 5 años, me hacen poner sobre el tapete el tema de la fotosíntesis artificial, propuesta que busca aprovechar de manera más eficiente que como lo hacen las plantas la energía solar para la generación de energía limpia, y que fue inicialmente planteada en la revista Science en 1922 por el químico italiano Giacomo Ciamician.

La fotosíntesis artificial tiene 2 acepciones: Es tanto el uso de la luz solar para convertir CO2 y agua en carbohidratos y O2 (proceso completo), así como la simple ruptura de la molécula del agua para producir H2 y O2. En este segundo caso, el H2 liberado tendría una aplicación como combustible, y a esto se le llama fotoelectrolisis. Ahora bien, si se aprovechara el CO2 para producir carbohidratos, el beneficio estaría no sólo en poder generar energía limpia sino también en aprovechar el CO2 contaminante en exceso en la atmósfera.

Para poder desarrollar artificialmente la fotosíntesis en sus 2 etapas se requiere poder imitar perfectamente las reacciones que aprovechan la luz solar para generar carbohidratos. Esto implica un sistema catalizador (Fotosistema II) que funcione como el complejo reductor del oxígeno y la imitación de las hidrogenasas que generan los carbohidratos a partir de la reducción del CO2. También habría que replicar la dinámica de la coenzima NADP+/ NADPH que transporta 1 protón y 2 electrones de manera cíclica. Todo esto debería suceder dentro de una estructura a manera de hoja artificial (que podría ser algún tipo de nanotubo).
Romper la molécula del agua requiere una energía aproximada de 2.5 voltios y para ello se requeriría de un catalizador que use la energía solar para romper el agua. Este puede ser manganeso, lo cual seria una aproximación biomimétrica, (porque éste está presente en el centro de reacción de los sistemas fotosintéticos naturales), o dióxido de titanio u óxido de cobalto, en otras propuestas.

Los principales retos de esta nueva tecnología están en que se necesita de catalizadores muy estables, de un sistema que alcance la exactitud de la geometría molecular que manejan las plantas, así como de la alta cinética de las reacciones, así como que la solución electrolítica sea de alta afinidad para con los protones liberados por la lisis de la molécula de agua. Esto nos lleva a bio-sualizar que probablemente en un futuro próximo, de reemplazar adecuadamente los engranajes que configuran la fotosíntesis de manera artificial (fotosistema II, clorofila y centro de reacción) las plantas se vean superadas por el ingenio humano para aprovechar la energía solar en provecho de nuestras necesidades.