{"id":149482,"date":"2014-03-10T08:13:41","date_gmt":"2014-03-10T11:13:41","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=149482"},"modified":"2016-01-06T17:19:40","modified_gmt":"2016-01-06T19:19:40","slug":"fotosintesis-artificial-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/fotosintesis-artificial-2\/","title":{"rendered":"Fotos\u00edntesis artificial"},"content":{"rendered":"

\"\"L\u00e1o Ramos<\/span>Imag\u00ednense un frasco con agua donde se encuentra sumergida una placa de metal revestida con un material sintetizado en laboratorio, que produce y almacena energ\u00eda en forma de gas hidr\u00f3geno simplemente al expon\u00e9rselo al sol. \u201cEstamos pensando en un mundo en el que el agua ser\u00eda el combustible\u201d, dice el qu\u00edmico Jackson Megiatto, de la Universidad de Campinas (Unicamp). Este dispositivo todav\u00eda no es una realidad a gran escala, pero, a juicio del investigador, ya no pertenece a la ciencia ficci\u00f3n. \u201cSe est\u00e1 construyendo una base de conocimiento para obtener, en un futuro pr\u00f3ximo, energ\u00eda a partir del sol y del agua\u201d. El hidr\u00f3geno es una importante fuente energ\u00e9tica, porque adem\u00e1s de ser eficiente, no genera contaminantes cuando se lo utiliza como combustible. Sin embargo, producirlo ha implicado un gran desaf\u00edo. En colaboraci\u00f3n con investigadores de las universidades del Estado de Arizona (ASU) y de Pensilvania, en Estados Unidos, Megiatto dio un paso hacia la soluci\u00f3n de este problema: reprodujo en laboratorio la reacci\u00f3n que rompe las mol\u00e9culas de agua promovida por la energ\u00eda solar.<\/span><\/p>\n

Las plantas, las algas y algunas bacterias poseen la singular capacidad de producir energ\u00eda a partir del agua y de la luz solar, y lo logran gracias a un mismo proceso: la fotos\u00edntesis, que involucra a mol\u00e9culas complejas y reacciones qu\u00edmicas que a\u00fan no se comprenden por completo. Cuando la luz solar las activa, esas mol\u00e9culas naturales tienen la capacidad de descomponer la mol\u00e9cula de agua, H2<\/sub>O, una de las m\u00e1s estables de la naturaleza, en sus componentes, ox\u00edgeno e hidr\u00f3geno. \u201cLa mencionada estabilidad del agua es tan firme que, cuando intentamos reproducir el proceso, nuestras mol\u00e9culas se degradan antes que las del agua\u201d, explica Megiatto.<\/p>\n

Lo novedoso del estudio se encuentra en el dise\u00f1o de las mol\u00e9culas fotoactivas y de los catalizadores nanoparticulados que imitan el sistema fotosint\u00e9tico natural que las plantas han utilizado a lo largo de millones de a\u00f1os para acumular la energ\u00eda que sostiene a la mayor parte de la vida en la Tierra. Los resultados fueron publicados en dos art\u00edculos en la revista PNAS<\/i>, en 2012, y recientemente, tambi\u00e9n en Nature Chemistry<\/i>, donde se encuentra disponible en forma online<\/i> desde el 9 de febrero de este a\u00f1o.<\/p>\n

\"\"Alexandre Affonso<\/span><\/a>Luego de estudiar todo lo conocido sobre fotos\u00edntesis natural, Megiatto logr\u00f3 sintetizar en laboratorio mol\u00e9culas m\u00e1s robustas, denominadas perfluoruro porfirinas, cuyo comportamiento es similar al del cofactor P680, que se encuentra en forma natural en las plantas. Para imitar la estructura proteica del sistema natural directamente involucrado en el proceso de rotura de las mol\u00e9culas de agua, tambi\u00e9n fue necesario agregarle un grupo fen\u00f3lico a la porfirina. \u201cCuando se la excita mediante la luz solar, la porfirina le roba un electr\u00f3n al grupo fenol, generando una especie qu\u00edmica con la suficiente energ\u00eda como para romper las mol\u00e9culas de agua\u201d, describe el qu\u00edmico de la Unicamp, quien realiz\u00f3 el trabajo mientras se desempe\u00f1aba como investigador asociado en la ASU y en el Centro para la Producci\u00f3n Bioinspirada de Combustible Solar (BisFuel), que fue creado en 2009 mediante una inversi\u00f3n de 14 millones de d\u00f3lares por el Departamento de Energ\u00eda estadounidense.<\/p>\n

El equipo monitore\u00f3 las transferencias de electrones entre la porfirina y el fenol utilizando una t\u00e9cnica a la que se conoce como espectroscopia de resonancia paramagn\u00e9tica electr\u00f3nica. \u201cLa t\u00e9cnica detecta solamente los electrones que se encuentran libres en las mol\u00e9culas, y no aqu\u00e9llos que est\u00e1n involucrados en uniones qu\u00edmicas en el material\u201d, explica Megiatto. Las respuestas registradas fueron muy similares a las que se obtienen cuando al sistema fotosint\u00e9tico natural se lo somete al mismo an\u00e1lisis, lo que marca un paralelo en el modo en que esos compuestos transportan electrones cuando se los expone a la luz solar.<\/p>\n

\u201cHasta ahora, ning\u00fan material hab\u00eda sido capaz de transferir electrones de manera tan similar al sistema natural\u201d, celebra el qu\u00edmico. Esos resultados se obtuvieron en 2011, pero antes de publicarlos, el grupo tom\u00f3 la precauci\u00f3n de realizar pruebas exhaustivas para garantizar que pod\u00eda reproduc\u00edrselos, adem\u00e1s de analizar el nuevo material utilizando otras t\u00e9cnicas. Sali\u00f3 todo bien. \u201cEl material incluso ha sido sintetizado por alumnos de la Universidad de Arizona y los resultados son siempre los mismos\u201d, dice el investigador.<\/p>\n

El material desarrollado por Megiatto ya se utiliza en dispositivos fotosint\u00e9ticos que funcionan como peque\u00f1as usinas a base de agua. La idea consiste en conectarlos a las c\u00e9lulas de combustible. Los test preliminares revelan, sin embargo, que el sistema a\u00fan es ineficiente para la producci\u00f3n de energ\u00eda a gran escala. De aqu\u00ed en m\u00e1s, ser\u00e1n necesarios otros estudios en laboratorio para perfeccionar el funcionamiento del sistema de producci\u00f3n de energ\u00eda.<\/p>\n

Al finalizar este trabajo, Megiatto se dispon\u00eda a firmar un contrato como profesor en el BisFuel, pero se enter\u00f3 de un concurso en el Instituto de Qu\u00edmica de la Unicamp y opt\u00f3 por regresar a Brasil. Desde aqu\u00ed, sigue colaborando con el grupo de Estados Unidos, mediante una investigaci\u00f3n integrada, conferencias v\u00eda internet y, en el futuro, a trav\u00e9s del intercambio de alumnos entre el laboratorio brasile\u00f1o y el estadounidense para realizar etapas de estudio que requieran el uso de equipamientos espec\u00edficos en uno de los dos pa\u00edses.<\/p>\n

Su plan para el futuro incluye hallar una manera de mejorar el desempe\u00f1o del material a base de porfirina, como as\u00ed tambi\u00e9n la eficiencia del proceso fotoqu\u00edmico, con la intenci\u00f3n de disminuir el costo de producci\u00f3n de energ\u00eda. La idea consiste\u00a0 en lograr que las mol\u00e9culas de porfirina y fenol se organicen por s\u00ed mismas como si fueran piezas de un rompecabezas, supliendo la necesidad una uni\u00f3n qu\u00edmica entre una y otra. Es necesario, explica, descubrir c\u00f3mo \u201cconversar\u201d con esas sustancias qu\u00edmicas dispersas en una soluci\u00f3n: \u201cT\u00fa vas aqu\u00ed, t\u00fa le das la mano a aquella otra mol\u00e9cula…\u201d. Nuevamente, no se trata de ciencia ficci\u00f3n, sino que esto forma parte de una disciplina conocida como qu\u00edmica supramolecular. \u201cLos costos se reducir\u00edan significativamente y la eficiencia aumentar\u00eda\u201d, vaticina el qu\u00edmico, para el caso en que su proyecto tenga \u00e9xito.<\/p>\n

Lejos de hallarse aislado en la b\u00fasqueda de producci\u00f3n de energ\u00eda sin necesidad de recurrir a combustibles f\u00f3siles, al final del mes de febrero, Megiatto recibi\u00f3 una invitaci\u00f3n para exponer sobre la nueva tecnolog\u00eda en la Universidad de Tecnolog\u00eda en Delft, Holanda, y debatir alternativas futuras. Tambi\u00e9n present\u00f3 la fotos\u00edntesis artificial en el marco del encuentro multidisciplinario Fronteras de la Ciencia, que se llev\u00f3 a cabo en Inglaterra, organizado en forma conjunta por la Royal Society, la FAPESP y la Academia Brasile\u00f1a de Ciencias. En lo depende de la confluencia de esfuerzos, los d\u00edas de la fotos\u00edntesis como exclusividad de las plantas parecen estar contados.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nMEGIATTO, J. D. et al<\/em>. A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of the Tyr-His pairs of photosystem II<\/a>. Nature Chemistry<\/b>. Online<\/i>. 9 feb.
\nMEGIATTO, J. D. et al<\/em>. Mimicking the electron transfer chain in photosystem II with a molecular triad thermodynamically capable of water oxidation<\/a>. PNAS<\/b>. v. 109, p. 15.578-583. 2012.
\nZHAO, Y. et. al<\/em>. Improving the efficiency of water splitting in dye-sensitized solar cells by using a biomimetic electron transfer mediator<\/a>. PNAS<\/b>. v. 109, p. 15.612-616. 2012.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El mecanismo de producci\u00f3n de energ\u00eda de las plantas es imitado","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[276,280,282,328],"coauthors":[95],"class_list":["post-149482","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-bioenergia-es","tag-bioquimica-es","tag-botanica-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149482","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=149482"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149482\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=149482"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=149482"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=149482"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=149482"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}