Fo­to­sín­te­sis de la­bo­ra­to­rio

Muy Interesante - - SUMARIO -

Cien­tí­fi­cos es­pa­ño­les li­de­ran el pro­yec­to eu­ro­peo más am­bi­cio­so que in­ten­ta emu­lar la asom­bro­sa ca­pa­ci­dad de las plan­tas para ob­te­ner ener­gía com­bi­nan­do sim­ple­men­te luz so­lar, agua y CO . Si tie­nen éxi­to, po­dría ser la al­ter­na­ti­va per­fec­ta a los con­ta­mi­nan­tes com­bus­ti­bles fó­si­les.

Ima­gi­na que se te apa­re­ce el ge­nio de la lám­pa­ra y te con­ce­de tres de­seos. En­ton­ces tú, en un arre­ba­to de so­li­da­ri­dad, de­ci­des pen­sar en el fu­tu­ro de la Tie­rra. “Quie­ro atra­par la ener­gía del Sol, que des­apa­rez­ca to­da la con­ta­mi­na­ción y, ade­más, crear un com­bus­ti­ble inago­ta­ble y lim­pio, ba­ra­to y fá­cil de al­ma­ce­nar, que mue­va to­das las má­qui­nas y en­cien­da to­das las lu­ces del pla­ne­ta”. An­te se­me­jan­tes de­man­das, lo más pro­ba­ble es que el ge­nio se rie­se de ti: “¡Ven­ga ya! ¡Pe­ro si los tres son una mis­ma co­sa: la fo­to­sín­te­sis ar­ti­fi­cial!”. In­clu­so po­dría acu­sar­te de mal­gas­tar los de­seos, por­que ya hay in­ves­ti­ga­do­res de car­ne y hue­so a pun­to de ha­cer­los reali­dad sin re­cu­rrir al hos­co ge­nio de Ala­dino.

Par­te de la crè­me de la crè­me de la in­ves­ti­ga­ción en la fo­to­sín­te­sis de la­bo­ra­to­rio se con­gre­ga en Es­pa­ña. Por­que des­de nues­tro país se coor­di­na el pro­yec­to eu­ro­peo más am­bi­cio­so has­ta la fe­cha des­ti­na­do a desa­rro­llar una ho­ja ar­ti­fi­cial co­mo al­ter­na­ti­va a los com­bus­ti­bles fó­si­les. Ha­bla­mos del pro­yec­to A-LEAF (del in­glés

leaf, ‘ho­ja’), que reúne a quí­mi­cos, físicos, in­ge­nie­ros, na­no­cien­tí­fi­cos y es­pe­cia­lis­tas en ma­te­ria­les pro­ce­den­tes de ocho paí­ses. Arran­có en 2017, con ocho mi­llo­nes de eu­ros de pre­su­pues­to y un pla­zo li­mi­ta­do: 48 me­ses. “Su­fi­cien­te”, ase­gu­ra su coor­di­na­dor, Jo­sé Ramón Ga­lán-Mas­ca­rós, del Ins­ti­tu­to Ca­ta­lán de In­ves­ti­ga­ción Quí­mi­ca (ICIQ), en Ta­rra­go­na.

No se tra­ta de una apues­ta ba­sa­da en la in­tui­ción, sino en los he­chos. Es tal el ar­dor que de­rra­ma el Sol –un enor­me horno nu­clear na­tu­ral– so­bre nues­tro pla­ne­ta que bas­ta­ría con cap­tu­rar y al­ma­ce­nar una pe­que­ña frac­ción de su llu­via de fo­to­nes para sa­tis­fa­cer to­das las de­man­das ener­gé­ti­cas pre­sen­tes y fu­tu­ras de nues­tra es­pe­cie. “Se tra­ta de la ener­gía re­no­va­ble más abun­dan­te de que dis- po­ne­mos. Al año lle­gan a la Tie­rra 120.000 te­ra­va­tios (TW). El con­su­mo hu­mano to­tal ron­da los 20 TW anua­les, y se es­ti­ma que se uti­li­za­rán unos 30 TW en 2050”, nos ex­pli­ca Ga­lá­nMas­ca­rós.

Si te pa­ras a pen­sar­lo un po­co, ya exis­te una tec­no­lo­gía ca­paz de cap­tu­rar efi­cien­te­men­te la luz del as­tro rey para trans­for­mar­la en elec­tri­ci­dad y calor: las pla­cas fo­to­vol­tai­cas. Sin em­bar­go, tie­nen una pe­ga im­por­tan­te, y es que la ener­gía que atra­pan no se pue­de al­ma­ce­nar ni trans­por­tar con fa­ci­li­dad. Y no de­be­mos per­der de vis­ta que, aun­que hay pe­rio­dos de gran pro­duc­ción, las ho­ras cen­tra­les de un día so­lea­do, es­tos se al­ter­nan con otros de es­ca­sa cap­ta­ción: las no­ches y los días nu­bla­dos. “PARA COM­PE­TIR EN IGUAL­DAD DE CON­DI­CIO­NES CON LOS DE­RI­VA­DOS DEL PE­TRÓ­LEO Y EL CAR­BÓN ha­ce fal­ta un pro­ce­so in­dus­trial que trans­for­me la luz, el agua y el dió­xi­do de car­bono en un com­bus­ti­ble que po­da­mos guar­dar y ges­tio­nar có­mo­da­men­te”, in­ci­de el in­ves­ti­ga­dor es­pa­ñol. Es­ta­mos so­ñan­do na­da me­nos que con la ga­so­li­na so­lar, un hi­dro­car­bu­ro ver­de que des­ban­que de una vez por to­das a los com­bus­ti­bles con­ven­cio­na­les, li­mi­ta­dos y tre­men­da­men­te da­ñi­nos para el me­dioam­bien­te.

Una co­sa es en­ten­der có­mo con­si­guen ha­cer­lo las plan­tas des­de el pun­to de vis­ta bio­quí­mi­co y otra muy dis­tin­ta re­pli­car­lo de ma­ne­ra ren­ta­ble y com­pe­ti­ti­va

La idea es re­vo­lu­cio­na­ria, pe­ro no ori­gi­nal. Al fin y al ca­bo, lo que se han pro­pues­to lle­van ha­cién­do­lo mi­llo­nes de años las plan­tas y las al­gas ver­des. La pio­ne­ra fue una cia­no­bac­te­ria que apren­dió a com­bi­nar los fo­to­nes so­la­res, el H O –prác­ti­ca­men­te inago­ta­ble– y 2 el CO pre­sen­te en el ai­re para crear azú­ca­res con en­la­ces quí­mi­cos 2 car­ga­dos de ener­gía. Y sin ge­ne­rar re­si­duos: cien por cien lim­pia. Es­ta in­no­va­ción les ga­ran­ti­zó desa­rro­llar­se y cre­cer tan­to de día co­mo de no­che, a pleno sol o en días de llu­via. En sen­ti­do es­tric­to, los hu­ma­nos so­lo nos es­ta­mos co­pian­do.

Aun­que ese so­lo hay que ma­ti­zar­lo, por­que imi­tar el pro­ce­so de los ve­ge­ta­les tie­ne su in­trín­gu­lis. Si fue­ra sen­ci­llo, no lle­va­ría­mos más de cua­tro dé­ca­das afa­nán­do­nos por con­se­guir­lo. Una co­sa es en­ten­der la quí­mi­ca en la que se ba­sa la fo­to­sín­te­sis y otra muy dis­tin­ta re­pli­car­la de ma­ne­ra ren­ta­ble y com­pe­ti­ti­va. Pre­ci­sa­men­te, es­tos son los dos ad­je­ti­vos en los que más hin­ca­pié po­ne Ga­lá­nMas­ca­rós cuan­do ha­bla­mos con él.

El ex­per­to es­pa­ñol ex­pli­ca que no han pues­to en mar­cha A-LEAF para al­can­zar un sim­ple “éxi­to de la­bo­ra­to­rio”. Por­que de esos ya hay bas­tan­tes ejem­plos. “Exis­ten prototipos que son ca­pa­ces de trans­for­mar la luz so­lar en com­bus­ti­ble –hi­dró­geno, por ejem­plo, a par­tir de agua– de for­ma muy efi­cien­te”, ex­pli­ca el ex­per­to. Con un pe­ro, y es que un ki­lo­gra­mo de di­cho hi­dró­geno ob­te­ni­do a par­tir de gas na­tu­ral –me­tano– tie­ne un cos­te de uno o dos eu­ros, mien­tras que si lo pro­du­ci­mos a par­tir de la luz del Sol, com­bi­nan­do una cel­da so­lar con un elec­tro­li­za­dor, el pre­cio se­ría unas diez ve­ces ma­yor. Inviable. “NO­SO­TROS TE­NE­MOS QUE LO­GRAR AL­GO ECO­NÓ­MI­CA­MEN­TE ATRAC­TI­VO”,

afirma ta­jan­te Ga­lán-Mas­ca­rós. Ase­gu­ra que so­lo con­si­de­ra­rán cul­mi­na­do su pro­yec­to si lo­gran la fo­to­sín­te­sis ar­ti­fi­cial con ma­te­ria­les ba­ra­tos, abun­dan­tes, fá­cil­men­te ac­ce­si­bles y res­pe­tuo­sos con el me­dioam­bien­te, y que ade­más per­mi­tan uti­li­zar téc­ni­cas de fa­bri­ca­ción es­ca­la­bles a la pro­duc­ción in­dus­trial. Des­pués de to­do, “úni­ca­men­te con im­pues­tos

“Con im­pues­tos a los com­bus­ti­bles fó­si­les no cam­bia­re­mos la sociedad”, di­ce el coor­di­na­dor del pro­yec­to A-LEAF

a los com­bus­ti­ble fó­si­les no lle­ga­re­mos a pro­du­cir nun­ca una trans­for­ma­ción real de la sociedad. El Pa­leo­lí­ti­co no ter­mi­nó por­que los Go­bier­nos de­ci­die­sen po­ner tri­bu­tos a las pie­dras: se aca­bó cuan­do los hu­ma­nos des­cu­brie­ron un ma­te­rial me­jor, y más ba­ra­to: el bron­ce. Si los com­bus­ti­bles so­la­res pue­den com­pe­tir en pres­ta­cio­nes, y tam­bién en be­ne­fi­cios, en­ton­ces el cam­bio se­rá de ver­dad im­pa­ra­ble”, re­fle­xio­na en voz al­ta. LO DI­CE APUN­TAN­DO A LAS ES­TRE­LLAS, SÍ, PE­RO CON LOS PIES EN EL SUE­LO.

Tan­to él co­mo los más de se­ten­ta es­pe­cia­lis­tas a los que coor­di­na sa­ben que es­te desafío ti­tá­ni­co les obli­ga a desa­rro­llar el co­no­ci­mien­to de mu­chos pro­ce­sos cien­tí­fi­cos de in­te­rés bá­si­co y ge­ne­ral: la ma­nu­fac­tu­ra­ción de mul­ti­ca­pas fo­to­vol­tai­cas, la fí­si­ca de su­per­fi­cies don­de se pro­du­cen los com­bus­ti­bles, la se­pa­ra­ción de pro­duc­tos y reac­ti­vos me­dian­te mem­bra­nas... Y en esas an­dan aho­ra, pre­ci­sa­men­te.

“Nos he­mos pro­pues­to imi­tar los tres ele­men­tos bá­si­cos de la fo­to­sín­te­sis na­tu­ral, que tie­ne lu­gar en las ho­jas”, acla­ra Ju­lio Llo­ret Fi­llol, al fren­te de

otro de los gru­pos es­pa­ño­les que par­ti­ci­pa en A-LEAF. A sa­ber: la ab­sor­ción de luz, po­si­ble­men­te me­dian­te ma­te­ria­les se­mi­con­duc­to­res; la oxi­da­ción del agua para ge­ne­rar oxí­geno; y la re­duc­ción de dió­xi­do de car­bono a sus­tan­cias de al­to con­te­ni­do ener­gé­ti­co, pre­fe­ren­te­men­te hi­dro­car­bu­ros. “Tan­to la oxi­da­ción del H O co2 mo la re­duc­ción del CO son reac­cio­nes ex­tra­or­di­na­ria­men­te com2 ple­jas”, ad­vier­te Llo­ret.

Pen­se­mos por un mo­men­to en es­te pro­ce­so co­mo una ca­de­na de mon­ta­je. Ade­más de las ma­te­rias pri­mas, ne­ce­si­ta­re­mos má­qui­nas –de na­tu­ra­le­za mo­le­cu­lar, en es­te ca­so– que per­mi­tan trans­for­mar unas pie­zas en otras. Nos re­fe­ri­mos a los ca­ta­li­za­do­res, y se­gún Llo­ret es cru­cial lo­grar no so­lo que re­sul­ten muy efi­cien­tes, sino tam­bién es­ta­bles con el pa­so del tiem­po, para que no se de­sin­te­gren. Sa­be de lo que ha­bla por­que su tra­ba­jo se cen­tra, pre­ci­sa­men­te, en en­con­trar los ca­ta­li­za­do­res per­fec­tos. AL PRI­MER ANIVER­SA­RIO DE A-LEAF, EN EL QUE SE CON­GRE­GA­RON ME­DIO CEN­TE­NAR DE IN­VES­TI­GA­DO­RES,

Llo­ret y sus com­pa­ñe­ros acu­die­ron con no­ti­cias es­pe­ran­za­do­ras. Ha­bían con­fir­ma­do, a ni­vel atómico, la es­ta­bi­li­dad de ca­ta­li­za­do­res ba­sa­dos en el hie­rro ca­pa­ces de oxi­dar el agua. Tam­bién lle­ga­ba un so­plo de ai­re fres­co des­de Ale­ma­nia: el equi­po de­di­ca­do a desa­rro­llar las pla­cas fo­to­vol­tai­cas com­par­tía con sus com­pa­ñe­ros que ya es­ta­ban pre­pa­ra­das y op­ti­mi­za­das unas mul­ti­ca­pas de si­li­cio con efi­cien­cias del 10 % –las plan­tas ape­nas al­ma­ce­nan un 2 % de la ener­gía del Sol en for­ma de azú­ca­res– y con el vol­ta­je ne­ce­sa­rio para rea­li­zar la fo­to­sín­te­sis. Y ade­más es­ta­ban ba­sa­das en es­truc­tu­ras ba­ra­tas. Se res­pi­ra­ba en­tu­sias­mo.

Es­tas reunio­nes pe­rió­di­cas son im­por­tan­tes, por­que, si bien los tre­ce gru­pos que in­te­gran A-LEAF tra­ba­jan por se­pa­ra­do en los dis­tin­tos es­la­bo­nes de la fo­to­sín­te­sis ar­ti­fi­cial, al fi­nal to­do ten­drá que con­fluir. Sus apor­ta­cio­nes de­be­rán en­ca­jar co­mo pie­zas de Le­go. De he­cho, uno de los ins­tan­tes cum­bre del pro­yec­to se­rá, pre­ci­sa­men­te, el mo­men­to de la ar­ti­cu­la­ción de to­dos los ele­men­tos en un úni­co dis­po­si­ti­vo.

Con­cre­ta­men­te, lo in­te­gra­rán en un pe­que­ño reac­tor fo­to­elec­tro­quí­mi­co que, acla­ran, no ten­drá for­ma de ho­ja. “Pue­de que la com­bi­na­ción de to­das las par­tes pon­ga en pe­li­gro el fun­cio­na­mien­to óp­ti­mo que ha­bre­mos lo­gra­do por se­pa­ra­do, de for­ma que la su­ma de ele­men­tos ex­ce­len­tes no re­sul­te en un sis­te­ma igual­men­te ex­ce­len­te”, nos ad­vier­te Ga­lán-Mas­ca­rós cuan­do le pre­gun­ta­mos por los pró­xi­mos es­co­llos a su­pe­rar.

Sea co­mo sea, lo que les de­pa­ra el fu­tu­ro es­tá muy cla­ro. “Den­tro de tres años ten­dre­mos, sí o sí, un dis­po­si­ti­vo com­ple­to ca­paz de pro­du­cir com­bus­ti­ble a par­tir de agua, CO y 2 luz so­lar”, ase­gu­ra el coor­di­na­dor de A-LEAF. Si los cos­tes de pro­duc­ción son com­pe­ti­ti­vos, el pro­yec­to ha­brá si­do un gran éxi­to. Y si no, se consuela, al me­nos ha­brán pues­to los ci­mien­tos “para que, en al­gún mo­men­to no muy le­jano, po­da­mos sus­ti­tuir por com­ple­to las fuen­tes de ener­gía fó­si­les por una al­ter­na­ti­va lim­pia y re­no­va­ble”.

Una op­ción be­ne­fi­cio­sa para el me­dioam­bien­te, pe­ro tam­bién para la hu­ma­ni­dad. Por­que al tra­tar­se de una ener­gía abun­dan­te, ubi­cua, uni­ver­sal y sin pro­ble­mas de ofer­ta y de­man­da, im­pul­sa­ría el pro­gre­so so­cial “sin de­jar­se a na­die atrás”, de­fien­de Ga­lán-Mas­ca­rós. Hay al­go de heroico en su cru­za­da, no se pue­de ne­gar. “¿No se­ría emo­cio­nan­te que nues­tro país li­de­ra­ra esa tran­si­ción ener­gé­ti­ca?”, se pre­gun­ta en voz al­ta su com­pa­ñe­ro Llo­ret. La cien­cia es­pa­ño­la sue­ña en ver­de.

Fer­nan­do Uri­beRo­mo –en el cen­tro–, pro­fe­sor de Quí­mi­ca de la Uni­ver­si­dad de Flo­ri­da Cen­tral, ha crea­do un dis­po­si­ti­vo ca­paz de ab­sor­ber luz azul para des­com­po­ner el CO y crear com­bus­ti­ble. 2

Al­re­de­dor de cin­cuen­ta cien­tí­fi­cos vin­cu­la­dos a A-LEAF se reunie­ron el pa­sa­do fe­bre­ro para ce­le­brar el pri­mer aniver­sa­rio de la ini­cia­ti­va.

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