Un equipo de científicos chinos ha desarrollado un dispositivo de fotosíntesis artificial capaz de rastrear fuentes de luz de forma autónoma

Se suele decir que la naturaleza es sabia. Por eso desde hace décadas, científicos de todo el mundo, España incluida, apuestan por la biomímesis, una práctica que imita estrategias y componentes utilizados por organismos vivos para emular su adaptación a distintos escenarios. En ese sentido, las plantas y las algas tienen mucho que enseñarnos, especialmente en lo que tiene que ver con la conversión de la luz solar en energía gracias a la fotosíntesis.

El empeño por crear hojas artificiales capaces de reproducir ese proceso viene de lejos, pero es en los últimos años cuando ha avanzado lo suficiente como para ofrecer una alternativa viable a otros métodos para obtener energía limpia. Ahora, un equipo de científicos de varias universidades chinas ha conseguido replicar el seguimiento del sol que realiza una especie de plantas acuáticas. ¿El objetivo? Fabricar hojas artificiales capaces de mejorar hasta un 866% su eficiencia a la hora de dividir el agua en oxígeno e hidrógeno.

La clave está en el ángulo de incidencia solar, que puede disparar la producción de energía tanto en placas solares convencionales como en estas hojas artificiales tan sofisticadas. Por eso existen los seguidores solares, dispositivos encargados de mover e inclinar los paneles solares para que permanezcan perpendiculares a los rayos solares, y por eso este grupo de investigación se ha inspirado en la micranthemum glomeratum, planta acuática procedente de Norteamérica, para el desarrollo de un dispositivo que imita su capacidad para orientarse hacia el Sol.

Hojas artificiales

Los experimentos en torno a la fotosíntesis artificial no son nuevos ni recientes. Si en 1912 Giacomo Ciamician fue el primero que quiso aprovechar la energía solar para impulsar reacciones químicas, más de un siglo después se siguen desarrollando y mejorando dispositivos capaces de emular a las plantas para producir, entre otras cosas, combustible verde.

La primera hoja aritificial basada en silicio llegó en 2012, pero tenía el mismo problema que las placas solares que se instalan en los tejados de las casas: era estática y no se adaptaba a la trayectoria del Sol, que varía dependiendo de la latitud, la estación del año y la hora del día. Frente a eso, los seguidores solares pueden ser una alternativa, pero dependen de ordenadores y pesados motores para funcionar, lo que implica que tienen su propio gasto de energía y aumentan el coste del conjunto.

El problema puede tener solución antes de lo que se creía, y la clave puede estar en la micranthemum glomeratum. Ésta especie, con sus pequeñas hojas y sus tallos flexibles, consigue mantener una captación óptima de energía ajustando con gran precisión su posición a medida que se mueve el Sol.

En un artículo publicado en Advanced Functional Materials, los ocho integrantes de un equipo multidisciplinar han detallado el proceso de diseño y desarrollo de una hoja artificial fabricada a imagen y semejanza de las de la planta acuática. «Inspirado en estructuras clave de las plantas acuáticas, como el citoplasma, los cloroplastos y los peciolos, este trabajo incorpora un diseño innovador con electrodos PEC ligeros, capas de hidrogel protectoras, integradas con compuestos de hidrogel sensibles a la luz como elementos de apoyo y actuación», se lee en el estudio.

Para conseguir ese mecanismo adaptativo han combinado electrodos flexibles alimentados por energía solar con una capa protectora de gel. En cuanto a la estructura de soporte, encargada de orientar las hojas a la luz solar, han usado nanotubos de carbono y los han integrado en un polímero sensible a la temperatura.

Así, cuando el soporte se expone a la luz solar, los nanotubos se calientan, lo que provoca que el polímero se contraiga en el lado iluminado y se expanda en el lado sombreado. Es la manera óptima y más eficiente de conseguir que el soporte se mueva para que las hojas artificiales estén siempre alineadas hacia el origen de la luz.

Nuvas técnicas y experimentos

No fue fácil llegar hasta ahí. Los científicos tuvieron que hacer frente a numerosos desafíos, como desarrollar una nueva técnica de fabricación para depositar materiales fotoactivos sobre plástico ligero en lugar de vidrio. El recubrimiento de hidrogel transparente encargado de proteger los componentes del dispositivo también fue un desarrollo propio, diseñado para imitar al citoplasma de las células vegetales.

Tras someter el dispositivo a una exigente ronda de experimentos, los resultados fueron sorprendentes. Frente a las alternativas fijas, la hoja artificial creada por el equipo liderado por el químico Zhongjie Huang logró una eficiencia en la división del agua en sus componentes básicos un 47% superior con un ángulo de 45 grados. Cuando esa inclinación se llevó a los 90 grados, la eficiencia se disparó hasta en un 866%.

«A diferencia de los sistemas rígidos tradicionales, este trabajo abre nuevas vías para el desarrollo de dispositivos solares inteligentes y programables que puedan adaptarse a entornos variables, allanando el camino a la tecnología de energía verde adaptativa y la producción de energía autosostenible», señalan los responsables de la investigación.

Aunque las pruebas ofrecieron un panorama muy prometedor, siguen pendientes de resolver varios retos necesarios para poder utilizar estos dispositivos en entornos reales. Uno de los más complejos es el descenso de rendimiento de la estructura de soporte tras varios ciclos, lo que implica un tiempo de respuesta cada vez mayor y, por tanto, menor eficiencia.

Además, las condiciones en un entorno real, con elementos como el viento o las corrientes de agua, también podrían ser un obstáculo para repetir el éxito de los experimentos realizados en laboratorio. Aún así, este nuevo sistema de fotosíntesis artificial capaz de rastrear fuentes de luz de forma autónoma es un avance muy prometedor, con el potencial de revolucionar la producción de energía e hidrógeno verde.

Fuente: elespanol.com