es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación de la Universidad de Cambridge ha desarrollado un dispositivo de hoja artificial que combina semiconductores orgánicos con enzimas bacterianas para convertir directamente la luz solar y el dióxido de carbono en combustible, sin necesidad de materias primas fósiles. Este avance, publicado en la revista Joule, ofrece una nueva vía para la descarbonización de la industria química.
Actualmente, la industria química depende casi por completo de los combustibles fósiles, no solo como fuente de energía, sino también como materia prima. El profesor Erwin Reisner, del Departamento de Química Yusuf Hamied de la Universidad de Cambridge, señala que la industria química es un problema complejo que debe abordarse al construir una economía circular y sostenible, y que es necesario encontrar formas de descarbonizar este sector. El equipo de Reisner ha investigado durante mucho tiempo las hojas artificiales, dispositivos que imitan la fotosíntesis para producir combustibles a base de carbono utilizando únicamente luz solar y dióxido de carbono.
Los diseños anteriores de hojas artificiales utilizaban semiconductores inorgánicos o catalizadores sintéticos, pero presentaban problemas como degradación rápida, absorción espectral limitada o la presencia de elementos tóxicos (como el plomo), lo que dificultaba su escalabilidad de manera limpia. El nuevo dispositivo combina semiconductores orgánicos (sintonizables, no tóxicos y ajustables) con enzimas extraídas de bacterias reductoras de sulfato. La Dra. Celine Yeung, coautora principal, señala que el dispositivo elimina componentes tóxicos y utiliza elementos orgánicos, logrando reacciones químicas limpias y un único producto final, sin reacciones secundarias no deseadas. Esta es la primera vez que se utilizan semiconductores orgánicos como componente de captura de luz en un sistema biohíbrido de este tipo, evitando los problemas de toxicidad e inestabilidad presentes en generaciones anteriores.
El dispositivo utiliza enzimas extraídas de bacterias reductoras de sulfato para descomponer el agua o convertir el dióxido de carbono en formiato. El equipo también incorporó una enzima auxiliar, la anhidrasa carbónica, en una estructura de dióxido de titanio poroso, lo que permite que el sistema funcione en una solución simple de bicarbonato (similar al agua con gas), sin necesidad de aditivos químicos tampón. El Dr. Yongpeng Liu, coautor principal, afirma que el equipo tardó mucho tiempo en comprender cómo fijar enzimas específicas en el electrodo, y ahora comienzan a ver resultados.
En las pruebas, el dispositivo generó una alta fotocorriente y alcanzó una eficiencia de Faraday casi perfecta: casi todos los electrones generados por la luz solar se utilizaron para producir combustible, sin perderse en reacciones secundarias. El dispositivo funcionó de manera continua durante más de 24 horas, más del doble que los diseños anteriores. Posteriormente, el equipo utilizó el formiato producido por el dispositivo en una reacción en "dominó" para sintetizar compuestos farmacéuticos, logrando un alto rendimiento y pureza, lo que demuestra que esta hoja puede impulsar síntesis químicas realmente útiles, y no solo producir combustible de forma aislada.
El equipo enfatiza que esto sigue siendo un punto de partida, no un producto final. Extender la vida útil del dispositivo a más de 24 horas es una prioridad inmediata, y también es necesario ajustar la plataforma para producir una gama más amplia de productos químicos. Reisner señala que la investigación demuestra que es posible fabricar dispositivos impulsados por energía solar que sean eficientes, duraderos y libres de componentes tóxicos o insostenibles, lo que podría ser una plataforma base para la producción futura de combustibles y productos químicos verdes. El estudio recibió financiación del Consejo Europeo de Investigación (European Research Council), UK Research and Innovation (UKRI), A*STAR de Singapur y la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (Swiss National Science Foundation), lo que refleja un amplio interés internacional.
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