La variedad de algas humildes que cubren la superficie de estanques y mares podría ser la clave para aumentar la eficiencia de la fotosíntesis artificial, lo que permitiría a los científicos producir más energía y reducir los desechos en el proceso.
por la Universidad Tecnológica de Nanyang
Un estudio realizado por científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) mostró cómo encerrar proteína de algas en gotas líquidas puede mejorar drásticamente las propiedades de conversión de energía y captación de luz de las algas , haciéndolas hasta tres veces más eficientes. Esta energía se produce cuando las algas se someten a la fotosíntesis, que es el proceso que utilizan las plantas, las algas y ciertas bacterias para aprovechar la energía de la luz solar y convertirla en energía química.
Al imitar cómo las plantas convierten la luz solar en energía, la fotosíntesis artificial puede ser una forma sostenible de generar electricidad que no depende de los combustibles fósiles o el gas natural, que no son renovables. Dado que la tasa de conversión de energía natural de la luz solar a la electricidad es baja, aumentar la electricidad total producida podría hacer que la fotosíntesis artificial sea comercialmente viable.
El estudio, dirigido por el profesor asistente Chen Yu-Cheng de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, analizó un tipo particular de proteína que se encuentra en las algas rojas. Estas proteínas, llamadas ficobiliproteínas, son responsables de absorber la luz dentro de las células de las algas para iniciar la fotosíntesis.
Las ficobiliproteínas recolectan energía luminosa de todo el rango espectral de longitudes de onda de luz, incluidas aquellas que las clorofilas absorben mal, y la convierten en electricidad.
El profesor asistente Chen dijo: «Debido a sus propiedades únicas de emisión de luz y fotosintéticas, las ficobiliproteínas tienen aplicaciones potenciales prometedoras en biotecnología y dispositivos de estado sólido. El aumento de la energía del aparato de recolección de luz ha sido el centro de los esfuerzos de desarrollo de dispositivos orgánicos. que utilizan la luz como fuente de energía «.
El uso de algas como fuente de energía biológica es un tema popular de interés en la sostenibilidad y la energía renovable, ya que el uso de algas reduce potencialmente la cantidad de subproductos tóxicos creados en la fabricación de paneles solares.
El estudio respalda el compromiso de NTU con la sostenibilidad como parte de su plan estratégico 2025, que busca comprender, articular y abordar el impacto de la humanidad en el medio ambiente.
Los hallazgos fueron publicados y seleccionados como portada de la revista científica ACS Applied Materials Interfaces .
Triplicar la eficiencia de la fotosíntesis artificial
Las microalgas absorben la luz solar y la convierten en energía. Para amplificar la cantidad de energía que pueden generar las algas, el equipo de investigación desarrolló un método para encerrar algas rojas dentro de pequeñas microgotas de cristal líquido que tienen un tamaño de 20 a 40 micrones y las expuso a la luz.
Cuando la luz golpea la gota, se produce un efecto conocido como «modo de galería de susurros», en el que las ondas de luz viajan alrededor de los bordes curvos de la gota. La luz queda efectivamente atrapada dentro de la gota durante un período de tiempo más prolongado, lo que brinda más oportunidades para que se lleve a cabo la fotosíntesis y, por lo tanto, genera más energía.
La energía generada durante la fotosíntesis en forma de electrones libres puede luego ser capturada a través de electrodos como corriente eléctrica .
«La gota se comporta como un resonador que confina mucha luz», dijo el profesor asistente Chen.
«Esto le da a las algas una mayor exposición a la luz, lo que aumenta la tasa de fotosíntesis. Se puede obtener un resultado similar al recubrir el exterior de la gota con la proteína de las algas también».
«Al explotar las microgotas como portadoras de biomateriales captadores de luz, la fuerte mejora del campo eléctrico local y el confinamiento de fotones dentro de la gota dieron como resultado una generación de electricidad significativamente mayor», dijo.
Las gotas se pueden producir fácilmente a granel a bajo costo, lo que hace que el método del equipo de investigación sea ampliamente aplicable.
Según el profesor asistente Chen, la mayoría de las células solares basadas en algas producen una potencia eléctrica de 20 a 30 microvatios por centímetro cuadrado (µW/cm 2 ). La combinación de algas y gotas de NTU aumentó este nivel de generación de energía al menos dos o tres veces, en comparación con la tasa de generación de energía de la proteína de algas sola.
Convirtiendo la ‘biobasura’ en bioenergía
Uno de los desafíos de la fotosíntesis artificial es generar energía de manera tan eficiente como otras fuentes de energía solar, como los paneles solares. En promedio, los paneles solares tienen un índice de eficiencia del 15 al 20 por ciento, mientras que actualmente se estima que la fotosíntesis artificial tiene una eficiencia del 4,5 por ciento.
El profesor asistente Chen dijo: «La fotosíntesis artificial no es tan eficiente como las células solares en la generación de electricidad. Sin embargo, es más renovable y sostenible. Debido al creciente interés en las tecnologías renovables y respetuosas con el medio ambiente, la extracción de energía de las proteínas captadoras de luz en las algas ha atrajo un interés sustancial en el campo de la bioenergía».
El profesor asistente Chen prevé un caso de uso potencial de «granjas de algas», donde las algas que crecen densamente en cuerpos de agua podrían eventualmente combinarse con gotas de cristal líquido más grandes para crear generadores de energía flotantes.
«Las microgotas utilizadas en nuestros experimentos tienen el potencial de convertirse en gotas más grandes que luego se pueden aplicar a las algas fuera de un entorno de laboratorio para crear energía . Si bien algunos podrían considerar que el crecimiento de las algas es antiestético, juegan un papel muy importante papel en el medio ambiente. Nuestros hallazgos muestran que hay una manera de convertir lo que algunos podrían ver como ‘basura biológica’ en bioenergía», dijo el profesor asistente Chen.
