Los investigadores del Technion – Instituto de Tecnología de Israel – y de la Universidad de Bochum están utilizando el poder de la fotosíntesis para crear una fuente de energía renovable y limpia para el futuro.
Los investigadores lo hicieron combinando el poder de absorción de la luz por los complejos de cosecha de luz fotosintética con el poder electroquímico del Fotosistema II (PSII), un producto de la fotosíntesis natural que utiliza las moléculas de agua de las membranas de las plantas, extrayendo la energía emitida por los electrones para crear una fuente de combustible limpio conocida como células BIO-fotoelectroquímicas (BIOcélulas).
“Las biocélulas utilizan grandes complejos de proteínas llamados fotosistemas, que tienen la capacidad de convertir la luz solar en energía eléctrica”, dijo el Technion. “Aislados de las plantas, algas o cianobacterias, los fotosistemas son responsables de la conversión natural de la luz solar en energía en la naturaleza. El PSII es un tipo valioso de fotosistema porque utiliza el agua como fuente de electrones para la generación de electricidad. Es la fuente de todo el oxígeno que respiramos y de todos los alimentos que comemos”.
Los dos equipos afirman que sus nuevos hallazgos, que publicaron en el Journal of Materials Chemistry A, podrían ser “un gran paso adelante para hacer de las biocélulas solares una fuente de energía limpia en el futuro”.
“Mientras el mundo se esfuerza por reemplazar el combustible fósil por fuentes de energía limpia, la energía solar – debido a su abundancia y total falta de elementos contaminantes – se considera una fuente de energía particularmente valiosa. En la naturaleza, las bacterias, las algas y la vida vegetal han evolucionado para convertir eficientemente la energía solar en energía química a través de la fotosíntesis”, explicó Technion en un comunicado de prensa. “Las biocélulas son un concepto innovador en el campo de la energía renovable que tiene por objeto aprovechar este proceso natural de forma semiautomática para el desarrollo de fuentes de energía limpias, asequibles y eficientes”.
Para hacer que el proceso funcione en un entorno artificial, los dos equipos desarrollaron un bioelectrodo de dos componentes que incluye “la difícil tarea de unir funcionalmente los complejos multiproteicos PBS y PSII, algunos de los cuales se combinaron entre especies”.
Lo hicieron fijando permanentemente las proteínas a distancias cercanas usando un reticulador – que son moléculas con “dos o más extremos reactivos que son capaces de unirse químicamente a grupos funcionales específicos en las proteínas”.“
Después de entrecruzar las PSII con las PBS, el equipo fue capaz de insertar los súper complejos en las estructuras de electrodos apropiadas”, dijo Technion en su declaración. “La integración de los súper complejos PBS-PSII dentro de un hidrogel en electrodos macroporosos de óxido de indio y estaño (MP-ITO) mejoró las eficiencias de conversión de fotones a electrones incidentes (IPCE). Los valores de IPCE en la ‘brecha verde’ se duplicaron en comparación con los electrodos de PSII sin PBS y la IPCE en la brecha verde alcanzó un máximo de 10.9%”.
“Tan único como es el PSII, su eficiencia es limitada, porque puede utilizar sólo un porcentaje de la luz solar”, explicó el jefe del grupo del proyecto de Mecanismos Moleculares de Fotosíntesis del RUB, el profesor Marc Nowaczyk. “Las cianobacterias han resuelto el problema formando proteínas especiales que recogen la luz, es decir, el PSII, que también utilizan esta luz. Esta cooperación funciona en la naturaleza, pero aún no en el tubo de ensayo”. El profesor Noam Adir de la Facultad de Química de Schulich añadió que, “al igual que en la naturaleza, nuestros dos grupos colaboraron, aportando nuestra experiencia en el aislamiento de la PBS con la experiencia de los grupos del profesor Nowaczyk en el aislamiento de la PSII. Juntos superamos los obstáculos de poner todo junto en la BIOcélula”.
“La capacidad de ensamblar estas proteínas es un gran avance en el desarrollo de células solares biológicas. Esto significa que los complejos de proteínas de diferentes especies pueden combinarse funcionalmente para crear sistemas semi-artificiales que tienen las ventajas acumulativas de las diferentes especies utilizadas”, señaló Technion.
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