¿Qué es la fotosíntesis artificial?
Las plantas obtienen su energía de una manera muy diferente de la forma en que las personas obtienen energía. Cuando un humano necesita energía, come alimentos. Cuando una planta necesita energía, utiliza el proceso de fotosíntesis para tomar dióxido de carbono del medio ambiente y usar la luz solar para convertirlo en azúcares, que es el tipo de energía que necesita para seguir viviendo. Los científicos han estado trabajando para replicar el proceso de fotosíntesis, tratando de aprovechar la energía del sol de una manera nueva, efectiva y ecológica, y la investigación de la fotosíntesis artificial ha arrojado resultados interesantes.
La capacidad de producir fotosíntesis artificial se anunció por primera vez en 2000, aunque la investigación había estado en las etapas de planificación antes de entonces. Los investigadores confiaron en el efecto Honda-Fujishima, que fue descubierto en 1953 y utiliza dióxido de titanio como fotocatalizador. Un fotocatalizador acelera los procesos relacionados con la luz y, en este caso, la energía.
Debido al interés científico y comercial en la fotosíntesis artificial y el deseo de nuevos productos potenciales que pudieran derivarse de él, el campo de investigación se dividió en dos lados. Esto produjo dos resultados diferentes: células fotoelectroquímicas y células solares sensibilizadas por colorantes. Cada célula funciona con principios diferentes, pero trata de obtener el mismo resultado: energía fotosintética artificial que puede aprovecharse y almacenarse para su uso posterior, lo que reduciría la dependencia del mundo de fuentes de energía no renovables.
Las células fotoelectroquímicas, también conocidas como PEC, usan la corriente eléctrica del agua para crear hidrógeno y oxígeno en un proceso llamado electrólisis. La electricidad se puede almacenar en el hidrógeno, que es un "portador de energía", y la energía se puede utilizar más tarde, como en las baterías. Hay dos tipos de PEC, uno que utiliza superficies de semiconductores para absorber la energía solar y ayudar a dividir las moléculas de agua para el uso de energía. La otra variedad utiliza metales disueltos para atraer energía solar y comenzar el proceso de la fotosíntesis artificial. Los catalizadores metálicos más comunes para este tipo de reacción son el cobalto y el rodio. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han encontrado que estos metales son los más efectivos para este tipo de trabajo.
El otro tipo de célula que se está investigando, la célula solar sensibilizada por colorante, a veces se denomina célula de Gratzel o célula de Graetzel. Al igual que los PEC, las células de fotosíntesis artificial sensibilizadas con colorantes usan un semiconductor para recolectar energía, generalmente silicio. En las células sensibilizadas por colorante, el semiconductor se utiliza para transportar la energía recolectada, y los fotoelectrones, o partículas de energía, se separan y se aprovechan con tintes especiales. Las células de Gratzel se consideran la forma más efectiva de fotosíntesis artificial actualmente disponible, así como la más rentable de fabricar. Las desventajas se deben principalmente a problemas de temperatura relacionados con los colorantes líquidos, ya que pueden congelarse a temperaturas más bajas y cesar la producción de energía, y expandirse a temperaturas más altas y romperse.
Todavía se están realizando investigaciones en el campo de la fotosíntesis artificial, especialmente en la búsqueda de mejores catalizadores y mecanismos de transporte de energía. Si bien no son la forma más efectiva de producción de energía disponible, todavía hay un gran interés en ellos debido a su alto rendimiento potencial, bajo costo de fabricación y posibles implicaciones para el medio ambiente. Si la fotosíntesis artificial pudiera hacerse accesible y confiable, la dependencia mundial de los combustibles fósiles no renovables podría reducirse considerablemente.