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Combustible de la fotosíntesis

29.12.2020

El profesor de Energía del Departamento de Química y Biología Química Daniel Nocera y sus colegas de la Universidad de Harvard han creado dos dispositivos, una hoja artificial y una hoja biónica, que utilizan la energía solar para producir combustible líquido.

La lámina artificial es una célula solar a base de silicio con varios materiales catalíticos adheridos a ambos lados. Cuando se sumerge en agua, el dispositivo utiliza la energía de la luz solar para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. La hoja biónica, gracias a la bacteria Ralstonia eutropha, absorbe dióxido de carbono del aire y lo combina con hidrógeno, lo que produce hojas artificiales. El combustible líquido se produce por fotosíntesis artificial.

El científico señaló que en 2020, los investigadores reemplazaron la bacteria con Xanthobacter autotrophicus. Esto permitió el desarrollo de un dispositivo que combina nitrógeno del aire e hidrógeno de una hoja artificial para hacer fertilizante.

Agregó que la fotosíntesis artificial es 10 veces más eficiente que la natural. En 2021, el equipo planea explorar formas prácticas de expandir la tecnología. A corto plazo, esto ayudará a desarrollar una estructura descentralizada de energía, alimentos y producción que sea neutra en carbono. Por ejemplo, el hidrógeno ya se está utilizando como combustible para algunos vehículos.

Gracias a la energía del Sol, será posible producir plásticos, fármacos y otras sustancias. Nocera señaló que la tecnología será útil cuando la gente vuele a Marte. El agua de la orina de los astronautas se puede combinar con el dióxido de carbono que exhalan para producir drogas sintéticas, vitaminas, alimentos y medicinas.

El mundo está buscando formas de sustentar la vida sin combustibles fósiles, y la tecnología de fotosíntesis artificial lleva a la sociedad un paso más cerca de este objetivo, están convencidos los científicos.

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Actualmente, se está investigando intensamente para crear dispositivos microscópicos del tamaño de una molécula, los llamados nanorobots, que pueden, por ejemplo, nadar a través de los vasos sanguíneos humanos, limpiar sus paredes de depósitos de colesterol, matar células cancerosas nacientes o sintetizar nuevas sustancias. .

En biología, los motores de proteínas que se encuentran en una célula viva se conocen desde hace mucho tiempo. Como combustible, estos motores utilizan el combustible químico de todos los seres vivos: el ácido trifosfórico de adenosina (ATP). Gracias a ellos, la transferencia de diversas sustancias a la célula, el trabajo de los músculos, se utilizan incluso al copiar el ADN.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Cornell, dirigido por Carlo Montemagno, utilizó la enzima AT Phase para crear un nanomotor. Es un complejo de varias proteínas que trabajan juntas para producir ATP. Parece un cilindro con un diámetro de 12 nm y la misma altura y consta de seis proteínas ensambladas alrededor de un solo eje. AT Phase transforma el movimiento de protones dentro de la estación de energía de la célula - mitocondrias en una rotación mecánica del eje.

Este movimiento ayuda a formar ATP. Además, la acción de la ATPasa es reversible: si se suministra ATP a este motor cilíndrico, lo "quemará" y el eje comenzará a girar. La eficiencia de este nanomotor es cercana al 100%. "Si este motor fuera del tamaño de un hombre", dice Montemagno, "podría hacer girar un poste de madera de 2 km de largo a 1 rpm".

Otro grupo de investigadores de la Universidad de Tokio ha desarrollado un "engranaje" subminiatura con una altura de no más de 1 nm. Consta de tres partes: un ion metálico y dos moléculas de porfirina, un compuesto cíclico complejo que incluye clorofila, conocida por su capacidad para convertir la luz en sustancias orgánicas.

A cierta temperatura, el ion atrae moléculas de ambos lados y, bajo la influencia de la luz y el voltaje eléctrico, comienzan a girar.

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