Un nuevo método permite la integración muy eficiente de proteínas
fotosintéticas en un sistema fotovoltaico. En cierto modo es como crear
una hoja semiartificial de árbol que trabaja más rápido que la
fotosíntesis natural.
La técnica creada por químicos y biólogos de la Universidad del Ruhr
en Bochum, Alemania, ofrece una nueva estrategia de aprovechamiento de
luz solar que produce tasas de transferencia de electrones que exceden
por vez primera a las tasas observadas en la fotosíntesis natural. El
descubrimiento abre la posibilidad de construir hojas semiartificiales
que funcionen como dispositivos fotovoltaicos con un rendimiento
drásticamente aumentado.
En las hojas, el fotosistema 1 absorbe luz y su energía es utilizada
esencialmente para la conversión de dióxido de carbono en biomasa. Los
dispositivos fotovoltaicos, mayormente construidos a partir de
semiconductores basados en el silicio, también aprovechan la luz solar
para producir electricidad. Un enfoque de diseño para el desarrollo de
sistemas fotovoltaicos más baratos y renovables consiste en reemplazar
el semiconductor con los complejos aislados de proteína de membrana de
la fotosíntesis. El equipo de Matthias Rögner aisló un fotosistema 1
altamente estable a partir de una cianobacteria termófila que vive en
aguas termales en Japón. Sin embargo, la integración de este componente
natural en dispositivos artificiales se ha venido enfrentando a un reto
importante: El fotosistema 1 muestra dominios tanto hidrófilos como
hidrófobos, que complican su inmovilización sobre electrodos.
Los equipos de Nicolas Plumeré y Wolfgang Schuhmann desarrollan
materiales complejos conductores de electrones, concretamente hidrogeles
redox, con propiedades que los habilitan para responder a ciertos
estímulos. Los investigadores instalaron un fotosistema 1 en esta matriz
artificial y pudieron ajustar con la precisión necesaria el medio local
de las proteínas fotosintéticas naturales. Las propiedades hidrófobas e
hidrófilas del hidrogel pueden ser controladas por el cambio de pH y
fueron ajustadas según las necesidades hidrófobas del fotosistema. Este
ambiente diseñado a la medida proporciona las condiciones óptimas para
el fotosistema 1. Este procedimiento consigue las fotocorrientes más
altas observadas hasta la fecha para biofotoelectrodos semiartificiales,
excediendo la tasa de transferencia de electrones que observamos en la
naturaleza por un orden de magnitud.
Esta mejora incrementa la eficiencia del concepto biofotovoltaico
inicial de la Universidad del Ruhr en Bochum desde el rango del
nanovatio al del microvatio. A corto plazo, los sistemas fotovoltaicos
basados en el silicio aún superarán en rendimiento a los biodispositivos
en cuanto a estabilidad y eficiencia. Sin embargo, las aplicaciones
iniciales de los sistemas biofotovoltaicos no se superponen con los de
sus homólogos semiconductores. En particular, podrían usarse para
energizar dispositivos médicos de tamaño microscópico, tales como
sensores implantados en lentes de contacto. En el futuro, el fotosistema
proporcionará la base para el desarrollo de células solares flexibles
baratas que se puedan aplicar en superficies irregulares.
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| Mientras que las hojas emplean la energía de la luz solar para ejecutar el proceso que genera biomasa a partir de dióxido de carbono, los dispositivos fotovoltaicos aprovechan la luz para producir electricidad. |
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