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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

La hoja artificial

La situación la resumía bien una viñeta . Mostraba un sofisticado laboratorio de investigación en el que había una maceta. Una de las hojas de la planta, al contemplar a los atareados investigadores, exclamaba: “Pobres descendientes de los simios. Intentan conseguir lo que nosotras y algunos microbios ya llevamos haciendo desde hace tres mil quinientos millones de años”

La hoja artificial
Ilustración :: ÁLEX

SITUACIÓN

Las necesidades energéticas de la humanidad no pueden ser resueltas con los combustibles fósiles. En el siglo XXI el protagonismo deben tenerlo las energías renovables. Entre ellas, la más viable es la solar. Desde mitad del siglo pasado se han desarrollado diversos instrumentos fotovoltaicos que pueden convertir directamente la radiación solar en energía (algunos paneles fotovoltaicos están alcanzando el 25% de eficacia) mientras otros dispositivos, como los termosolares, lo hacen indirectamente. Por ahora, el problema de todos es su costo y rentabilidad. Pero la energía solar, sustento de la vida, nos hace llegar constantemente más de 120 billones de kilovatios, sin producción de dióxido de carbono. Lo que aprovechamos energéticamente representa sólo un 0,01% de la demanda energética mundial. De ahí su enorme potencial.

¿Existe una solución biomimética, emulando lo que realiza la fotosíntesis en la naturaleza?. La radiación solar hace que el agua produzca oxígeno e hidrógeno (en diferentes variantes biológicas, desde gas a coenzimas reducidas como NADPH). Este hidrógeno funciona como reservorio energético, posibilitando ia síntesis de las biomoléculas, mientras que fuera de la materia viva, su reacción química, al recombinarse con oxígeno, libera gran cantidad de energía, aprovechable mediante las llamadas pilas de hidrógeno.

La construcción de “hojas artificiales”, generadoras de hidrógeno y oxígeno a partir de agua usando la radiación solar,  implicaría enormes ventajas para la humanidad. Desde la década de los 70 del pasado siglo se viene trabajando sobre el tema, cuando investigadores de la Universidad de Tokio demostraran que unos electrodos de dióxido de titanio descomponían lentamente el agua si se exponían a un foco de luz brillante.

Muchos intentos realizados desde entonces han tenido éxito científico pero han resultado inaplicables por el costo de los catalizadores usados para lograr la fotolisis del agua. Una de las aproximaciones más llamativas es la que se realiza en la Universidad escocesa de Glasgow, basada en bacterias y algas fotosintéticas, modificadas genéticamente, capaces de crear filamentos conductores eléctricos para el aprovechamiento de la electricidad.

NOCERA

El profesor Daniel Nocera parece haber encontrado una solución práctica y viable al problema. Es un conocido y reputado investigador del Massachusetts Institute of Technology (MIT), la mayor de las universidades norteamericanas, miembro de la National Academy of Sciences USA, y entre sus premios figuran los siguientes: profesor Henry Dreyfus de Energía, MIT School of Science Prize for Excellence, American Chemical Society  en Química Inorgánica,  Eni Prize (2005), IAPS Award (2006), Burghausen Prize (2007), Harrison Howe Award (2008), Science Top 10 (2008), Discover 100 (2008), ACS Inorganic Chemistry Award (2009), United Nations Science and Technology Award (2009), Elizabeth Wood Award (2010) o MJ Collins Award (2010), sin olvidar que la revista Time lo ha incluido entre las 100 personas más influyentes del mundo.

El mérito de haber obtenido la primera “hoja artificial” es discutible. En el 2010 investigadores de la Universidad Jiaotong de Shangai reclamaron ser los primeros en conseguirlo biomiméticamente, inspirándose en una planta china, la Anemone vitifolia, cuyas hojas biomimetizaron incluso estructuralmente, usando complejos y carísimos catalizadores a base de dióxido de titanio dopado con nitrógeno así como nanopartículas de platino.

Nocera, en el 2011, publicó en SCIENCE los resultados de varios años de investigación, con la obtención de una primera “hoja artificial práctica”, sin cableados, usando materiales accesibles y económicos. Hace días, la revista ACS publicaba, on-line , un artículo suyo titulado “The Artificial Leaf”, mostrando los últimos y mejorados resultados, que permiten vislumbrar su aplicación práctica futura, sobre todo en zonas aisladas y pobres del tercer mundo. Por ello, en una reciente entrevista se describía a sí mismo como un predicador: “Soy como un predicador, viajo por el mundo difundiendo la buena nueva…Espero convencer a los científicos del mundo a comprometerse con esta investigación” o “Nuestra aspiración es que cada hogar en países como la India y africanos, cuenten pronto con su propia planta generadora de energía”.

El interés despertado por sus hallazgos ha quedado reflejado en los principales periódicos y revistas generales y científicos. El desarrollo comercial futuro viene avalado, entre otras, por Sun Catalytix (empresa altruísta en la que participa el Prof. Nocera), la factoría automovilista india Tata (que financia generosamente las investigaciones, entre ellas la construcción de una pequeña planta del tamaño de un frigorífico), la National Science Foundation y la Chesonis Family Foundation.

LA HOJA

De acuerdo con el resumen del Prof. Nocera el dispositivo es del tamaño de una tarjeta de crédito y se diferencia de otros instrumentos desarrollados anteriormente es que éstos usaban como catalizadores materiales raros o costosos, mientras que el suyo consta de elementos comunes y baratos, y puede ser producido mediante un proceso industrial de bajo costo. El dispositivo consta de una superficie “emparedada” entre dos láminas, que recoge la energía solar que permite liberar oxígeno e hidrógeno gaseoso que originalmente formaban parte del agua.  En una cara remplaza el catalizador de platino (para la producción de hidrógeno) por otro mucho más económico, basado en un compuesto de níquel, zinc y molibdeno, mientras que, para el oxígeno gaseoso, la cara posterior de la hoja posee una delgada película de cobalto. El hidrógeno producido se almacena para hacer funcionar una pila de combustible que producirá electricidad en el momento deseado, y el oxígeno, único subproducto, se libera a la atmósfera o se almacena para algún uso posterior. Para operar, la tarjeta u hoja artificial se sumerge en un recipiente con unos cuatro litros de agua siendo 10 veces más eficiente fotosintéticamente que una natural, funcionando continuamente durante largos periodos y proporciona la electricidad que gasta diariamente un hogar típico del tercer mundo.

El descubrimiento podría solucionar el problema al que enfrentan millones de personas, sobre todo del tercer mundo, que necesitan energía eléctrica para extraer agua potable, procesar alimentos, comunicarse o simplemente para tener una mejor calidad de vida. Si bien aún se encuentra en una etapa de desarrollo lo suficientemente inmadura como para convertirse en un producto comercial inmediato, el apoyo de los patrocinadores del proyecto hacen previsible que en el futuro cercano veamos dispositivos basados en esta tecnología.

Sin duda, si las esperanzas del descubrimiento se confirman, el profesor Nocera será un buen candidato para un futuro premio Nobel.

Más en:

http://dujs.dartmouth.edu/wp-content/uploads/2011/06/11s_final-14-15.pdf