El futuro de la energía puede ser así: fotosíntesis artificial a través de bacterias para producir hidrógeno

Para producir combustible de hidrógeno de combustión limpia de forma respetuosa con el medio ambiente, un equipo de investigadores de la Universidad de Rochester está trabajando en un proyecto que imita el proceso natural de la fotosíntesis mediante el uso de bacterias que entregan electrones a un fotocatalizador semiconductor de nanocristal.

Este enfoque tiene el potencial de revolucionar la forma en que se produce el combustible de hidrógeno, sustituyendo los actuales métodos basados en combustibles fósiles.

El sistema Rochester es único en el uso de nanocristales semiconductores y bacterias como catalizadores, lo que podría allanar el camino para la producción sostenible de hidrógeno.

El equipo, liderado por Kara Bren, está compuesto por Richard S. Eisenberg y Todd Krauss, profesores de química, Anne S. Meyer, profesora asociada de biología y Andrew White, profesor asociado de ingeniería química.

Gracias a una subvención de casi dos millones de dólares por tres años del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), dicho equipo está desarrollando un «sistema bio-nano viviente» para producir hidrógeno verde.

Según Bren, la posibilidad de extraer hidrógeno del agua de manera eficiente puede impulsar un crecimiento increíble en la energía limpia. La combinación de microorganismos y nanomateriales en este proyecto promete ser una poderosa fuente de energía renovable.

El sistema Rochester

Los grupos de Krauss y Bren han pasado alrededor de una década desarrollando un sistema único, conocido como el sistema de Rochester, que utiliza fotosíntesis artificial y nanocristales semiconductores como catalizadores.

El equipo ha logrado un progreso significativo en la creación de puntos cuánticos eficientes, un tipo de nanocristal semiconductor que puede absorber la luz. Uno de sus objetivos es fabricar nanopartículas que puedan absorber luz y medir las tasas de transferencia de carga en el sistema para hacerlo más eficiente y escalable.

Uno de los desafíos a los que se enfrentaron fue encontrar una fuente barata de electrones para transferir al nanocristal. Si bien la vitamina C se ha utilizado en otros sistemas, puede ser demasiado costosa.

En un artículo publicado en PNAS, Krauss y Bren demostraron el uso de una fuente de electrones libre y eficiente: las bacterias. Específicamente, utilizaron Shewanella oneidensis, una bacteria que puede donar electrones al nanocristal cuando se cultiva en condiciones anaeróbicas.

El equipo planea diseñar y crear nuevas cepas de Shewanella que tengan capacidades mejoradas para transferir electrones y puedan incorporarse en materiales físicamente duraderos a través de la impresión 3D.

También utilizarán técnicas de aprendizaje automático e inteligencia artificial para optimizar el sistema, prediciendo factores como las geometrías 3D más eficientes para producir hidrógeno.

El sistema Rochester es único en el uso de nanocristales semiconductores y bacterias como catalizadores, lo que podría allanar el camino para la producción sostenible de hidrógeno.

Producir hidrógeno de forma realmente eficaz

El objetivo del proyecto de Bren es mejorar el sistema de producción de combustible de hidrógeno y para ello, se enfoca en entender tanto la ciencia básica como la aplicada.

Bren se cuestiona cómo mejorar la eficiencia en la transferencia de electrones de bacterias a puntos cuánticos, y cómo interactúan los nanomateriales con los microorganismos. También visualiza un futuro en el que los hogares tengan tinas y tanques subterráneos para producir y almacenar hidrógeno a partir de energía solar, lo que permitiría a las personas usar este combustible limpio y económico para alimentar sus hogares y automóviles.

Actualmente, los trenes, autobuses y automóviles que usan celdas o pilas de combustible de hidrógeno dependen en gran medida de combustibles fósiles para producir el hidrógeno necesario.

Bren señala que la tecnología está disponible, pero para que el hidrógeno sea realmente beneficioso para el medio ambiente, debe producirse a partir del agua en una reacción impulsada por la luz, sin el uso de combustibles fósiles.

Fuente: Universidad de RochesterFotos: Freepik