Se ha descrito como uno de los «santos griales» de la química del siglo XXI.
Bill Gates calificó su potencial de «mágico».
Y es una de las 10 tecnologías emergentes principales del Foro Económico Mundial de 2017.
Es la tecnología que aprovecha la energía solar para producir energía, pero no de la manera que podríamos imaginar, mediante el uso de paneles solares. A lo que se refería Gates era a la fotosíntesis artificial (FA).
En la naturaleza, las plantas usan la luz solar para producir carbohidratos a partir de agua y dióxido de carbono. Pero también se puede imitar el proceso de forma artificial para producir combustibles y sustancias químicas ricos en energía. Esto significa que la FA no solo podría impulsar pronto nuestros coches, sino que también podría suministrar energía a ciudades enteras y acabar con nuestra dependencia de los combustibles fósiles.
Entonces, ¿cómo funciona?
La FA usa energía solar para descomponer el agua y el dióxido de carbono en hidrógeno, oxígeno y carbono. El hidrógeno puede usarse directamente como combustible, o los elementos pueden combinarse para crear combustibles líquidos, como el metanol.
El combustible líquido producido mediante FA resulta especialmente atractivo porque las baterías siguen siendo relativamente pesadas y voluminosas en comparación con los combustibles líquidos.
Sin embargo, uno de los mayores obstáculos para que la fotosíntesis artificial sea comercialmente viable ha sido la eficiencia con la que se convierten los insumos. La fotosíntesis natural convierte en los carbohidratos que usan las plantas solo alrededor del 1 % de la energía solar, una tasa de eficiencia demasiado baja para que sea comercialmente viable.
Anteriormente, la FA realizada en condiciones de laboratorio había elevado esa tasa de eficiencia al 10 % o más.
Pero los expertos de la Universidad de Monash, en Melbourne, Australia, han ampliado mucho más esos límites al utilizar un proceso de FA para producir hidrógeno con una eficiencia récord del 22 %. El proceso consiste en hacer pasar por agua una corriente eléctrica alimentada por energía solar para separar el hidrógeno.
Un nuevo brote para la energía verde
«El hidrógeno puede usarse para generar electricidad directamente en pilas de combustible», afirma el profesor Doug MacFarlane, director del Programa de Energía del Centro de Excelencia ARC para la Ciencia de los Electromateriales de Monash.
«Varios fabricantes de automóviles ya ofrecen coches propulsados por motores eléctricos de pila de combustible. El hidrógeno incluso podría usarse como una tecnología económica de almacenamiento de energía en los hogares, para almacenar la energía de los paneles solares de los tejados».
Uno de los aspectos más interesantes del avance de la Universidad de Monash es que el proceso también funciona con agua de río impura, lo que permite aplicarlo en diversas ubicaciones geográficas.
Mientras tanto, el metanol es el hidrocarburo más sencillo que puede usarse en motores de combustión.
China lleva la delantera
China, el mayor consumidor de metanol del mundo , ya lo mezcla con gasolina en proporciones bajas del 15 % o menos y lo vende en gasolineras; además, en todo el país hay flotas de taxis y autobuses que funcionan con mezclas de hasta un 85 % de metanol.
China no solo es líder mundial en el uso de metanol, sino que está ampliando su capacidad de producción, según la Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA).
Mezclar metanol con gasolina permite a las refinerías chinas ampliar considerablemente el suministro de gasolina.
A pesar de que el metanol contiene solo el 50 % de la energía por unidad de volumen que la gasolina, sigue siendo una alternativa prometedora y atractiva a los contaminantes combustibles fósiles.
Shanghái, la ciudad más poblada de China, y 13 de las 23 provincias del país han aprobado normas locales para mezclas que van del 5 % al 100 % de metanol.
El metanol puede convertirse en gasolina, pero en China esto es mucho menos habitual que mezclarlo con gasolina.
En otros lugares, se está investigando cómo usar los principios de esta tecnología para generar una amplia variedad de combustibles y sustancias químicas, incluso con bajas concentraciones de CO2.
El profesor Javier Garcia-Martinez, de la Universidad de Alicante, en España, ha explicado cómo una variante del proceso de fotosíntesis artificial desarrollado en Harvard utilizó bacterias modificadas metabólicamente para generar fertilizante nitrogenado directamente en el suelo, un enfoque que podría aumentar el rendimiento de los cultivos en zonas donde no se dispone fácilmente de fertilizantes convencionales.
Se prevé que llegue el momento en que estas bacterias «inhalen hidrógeno» producido mediante la descomposición del agua y lo utilicen para producir desde combustibles hasta fertilizantes, plásticos y medicamentos, según el diseño metabólico específico de las bacterias.
El futuro de los combustibles sostenibles
Por ahora, sin embargo, equipos de investigación de todo el mundo siguen trabajando para comprender los fundamentos de la fotosíntesis y reproducirla a escala en un proceso industrial.
«La descomposición electroquímica del agua podría proporcionar una fuente de hidrógeno barata, limpia y renovable, el combustible más sostenible», afirma el profesor Leone Spiccia, de la Facultad de Química de la Universidad de Monash.
«Este último avance es significativo porque nos acerca un paso más a hacer realidad esa posibilidad».
(El profesor Doug MacFarlane describe su trabajo en este vídeo: Harvesting Sunshine:https://www.youtube.com/watch?v=9qdA3pEynIw#action=share )
