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Fotosíntes­is de laboratori­o

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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.

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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
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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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