?Lograremos la fotos¨ªntesis artificial?

Una hoja artificial hecha de silicio, n¨ªquel y cobalto e inspirada en una planta china (Anemone vitifolia) que produce energ¨ªa cuando recibe la luz solar. Ese fue el original invento que, en 2011, present¨® Daniel Nocera, reputado investigador del MIT (Massachusetts Institute of Technology), y que levant¨® gran expectaci¨®n en la comunidad cient¨ªfica. Pero el proyecto no cuaj¨®, y el prototipo del que se hac¨ªa eco la prestigiosa revista Science se ha quedado en nada. Pese a sus esfuerzos, Nocera no consigui¨® copiar a las plantas la receta secreta para desarrollar una tecnolog¨ªa comercialmente viable y eficiente que produzca energ¨ªa almacenable a partir de rayos de sol, agua y una bocanada de di¨®xido de carbono.

Es imposible recrear con todo detalle las sofisticadas estructuras fotosint¨¦ticas naturales"

Y es que en lo que a eficiencia energ¨¦tica se refiere, la naturaleza nos lleva una gran ventaja. Despu¨¦s de todo, ha tenido miles de millones de a?os para perfeccionar el proceso que le permite capturar la luz y almacenarla como una energ¨ªa qu¨ªmica ¨²til a trav¨¦s de la fotos¨ªntesis. "Cuando intentamos copiar estos procesos en el laboratorio usamos sistemas mucho m¨¢s escuetos que contienen solo las partes esenciales del proceso, porque es imposible recrear con todo detalle las sofisticadas estructuras fotosint¨¦ticas naturales", admite Lisa M. Utschig, bioqu¨ªmica del Laboratorio Nacional Argonne. Y sabe bien de lo que habla. Lleva m¨¢s de dos d¨¦cadas estudiando el proceso y asegura que, en los intentos de copiar la fotos¨ªntesis en el laboratorio, "es posible que estemos omitiendo algo que emplea la naturaleza para que el proceso sea eficiente".

"A veces no sabemos qu¨¦ piezas son esenciales para copiar la fotos¨ªntesis hasta que las probamos, lo que hace que los experimentos sean m¨¢s desafiantes, pero tambi¨¦n que estemos ante un divertido misterio que resolver", a?ade. Con esta actitud detectivesca, Utschig no para de buscar pistas, y sus ¨²ltimas pesquisas apuntan a que la clave puede estar en los intercambios moleculares.

Para entender a qu¨¦ se enfrentan los investigadores hay que tener en cuenta que la principal diferencia entre la fotos¨ªntesis natural y la artificial es que mientras las plantas, algas y bacterias captan la luz solar y la almacenan en forma de az¨²cares que consumen las c¨¦lulas, en el laboratorio la energ¨ªa se almacena en mol¨¦culas de hidr¨®geno. "Esto es importante porque el hidr¨®geno es un combustible limpio, que cuando se quema solo genera agua, y puede ser almacenado", aclara Utshig.

En su ¨²ltimo experimento, Utschig y sus colegas han combinado tres elementos: una prote¨ªna extra¨ªda de las espinacas, un fotosintetizador que absorbe la luz y un catalizador que produce una mol¨¦cula de hidr¨®geno. Cuando el sistema se ilumina, el fotosintetizador emite dos electrones que, despu¨¦s de atravesar la prote¨ªna, llegan al catalizador, que es el que genera hidr¨®geno. Lo que el equipo de Utschig ha hecho es observar con t¨¦cnicas espectroscop¨ªa ¨®ptica y de resonancia paramagn¨¦tica este movimiento de los electrones de un modo que no se hab¨ªa observado antes. Una vez que no lo analicen sabr¨¢n d¨®nde se pierde eficiencia y podr¨¢n perfeccionar el proceso para lograr que la fotos¨ªntesis artificial sea una realidad.

122 millones de d¨®lares invertidos en el Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) y ocho equipos de investigadores dedicados en exclusiva a desarrollar la fotos¨ªntesis artificial dan la idea de que Estados Unidos apuesta de lleno por este futuro energ¨¦tico. Uno de esos equipos est¨¢ liderado por el f¨ªsico y matem¨¢tico John Gregorie, cuya misi¨®n es que el conocimiento cient¨ªfico sobre la fotos¨ªntesis se convierta en "innovaci¨®n real". "Capturar la luz eficientemente, llevar a cabo reacciones catal¨ªticas para obtener hidr¨®geno y separar el combustible para su extracci¨®n sencilla son tres procesos desafiantes que est¨¢n m¨¢s que conseguidos por separado en el laboratorio", asegura Gregorie.

Y aunque todos necesitan mejoras, a su entender "el mayor reto actual de los ingenieros consiste en combinar los tres en un solo dispositivo que cumpla el doble requisito de eficiencia y durabilidad". En el JCAP tienen ya un prototipo que, seg¨²n sus propias palabras, "produce hidr¨®geno con una eficiencia que excede a la de la fotos¨ªntesis natural". El reto de Gregorie y su equipo ahora es "establecer m¨¦todos que permitan testar nuevos materiales y nuevos conceptos r¨¢pidamente en los dispositivos, para acelerar el ciclo de desarrollo tecnol¨®gico de varios a?os a solo unos meses".

EE UU ha invertido 122 millones de d¨®lares y ocho equipos de investigadores a desarrollar la fotos¨ªntesis artificial

Parece que el final del camino empieza a vislumbrarse. Lograr la fotos¨ªntesis artificial revolucionar¨ªa el campo de las energ¨ªas renovables porque ofrece "la capacidad ¨²nica de generar todo el combustible l¨ªquido que necesitamos sin carbono", reflexiona Gregorie. Pero sustituir los combustibles f¨®siles por luz de sol implica mucho m¨¢s que reducir la emisi¨®n de gases a la atm¨®sfera, con el consiguiente beneficio para el clima. "La luz solar no es geopol¨ªtica y es gratis para todos", afirma con esperanza Utschig. Gregorie coincide en este enfoque, pero a la vez advierte que hay que ponerse a trabajar de inmediato en una estrategia de desarrollo conjunta entre cient¨ªficos, ingenieros y pol¨ªticos. "Desarrollar una infraestructura revolucionaria para esta nueva forma de energ¨ªa no es cuesti¨®n de a?os sino de d¨¦cadas, y exigir¨¢ adem¨¢s una evoluci¨®n en pol¨ªticas energ¨¦ticas", reflexiona.