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El descubrimiento adapta la membrana natural para hacer combustible de hidrógeno del agua


Una ruta de reacción química central para la biología de las plantas se ha adaptado para formar la columna vertebral de un nuevo proceso que convierte el agua en combustible de hidrógeno utilizando la energía del sol.


Jared Sagoff, Laboratorio Nacional de Argonne

En un estudio reciente del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE, por sus siglas en inglés), los científicos han combinado dos complejos de proteínas unidas a la membrana para realizar una conversión completa de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.

El trabajo se basa en un estudio anterior que examinó uno de estos complejos de proteínas, llamado fotosistema I, una proteína de membrana que puede usar la energía de la luz para alimentar electrones a un catalizador inorgánico que produce hidrógeno. Esta parte de la reacción, sin embargo, representa solo la mitad del proceso general necesario para la generación de hidrógeno.

Al utilizar un segundo complejo de proteínas que utiliza la energía de la luz para dividir el agua y tomar electrones de ella, llamado Photosystem II, la química de Argonne Lisa Utschig y sus colegas pudieron tomar electrones del agua y enviarlos a Photosystem I.

«La belleza de este diseño radica en su simplicidad: puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para realizar la química que desee»: Lisa Utschig, química de Argonne.

En un experimento anterior, los investigadores proporcionaron al fotosistema I electrones de un donante de electrones de sacrificio. «El truco era cómo llevar dos electrones al catalizador en rápida sucesión», dijo Utschig.

Los dos complejos de proteínas están incrustados en las membranas tilacoides , como los que se encuentran dentro de los cloroplastos generadores de oxígeno en las plantas superiores. «La membrana, que hemos tomado directamente de la naturaleza, es esencial para emparejar los dos fotosistemas», dijo Utschig. «Es estructuralmente compatible con ambos a la vez y proporciona una ruta directa para la transferencia electrónica entre proteínas , pero no impide la unión del catalizador al fotosistema I.»

Según Utschig, el esquema Z, que es el nombre técnico de la cadena de transporte de electrones activada por la luz de la fotosíntesis natural que se produce en la membrana del tilacoide, y el catalizador sintético se combinan de manera bastante elegante. «La belleza de este diseño está en su simplicidad: puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para hacer la química que desee», dijo.

Una mejora adicional involucró la sustitución de catalizadores de platino costosos que se habían utilizado en el estudio anterior. Los nuevos catalizadores de cobalto o níquel podrían reducir dramáticamente los costos potenciales.

El siguiente paso para la investigación, según Utschig, consiste en incorporar el esquema Z unido a la membrana en un sistema vivo. «Una vez que tengamos un sistema in vivo , uno en el que el proceso está sucediendo en un organismo vivo, realmente podremos ver cómo el caucho sale a la carretera en términos de producción de hidrógeno», dijo.

Más información: Lisa M. Utschig et al, división de agua solar mediante el esquema Z a través del autoensamblaje de híbridos de fotosistema I en membranas de tilacoides, Chemical Science (2018). DOI: 10.1039 / c8sc02841a 

Referencia del diario: Ciencia química  

Proporcionado por: Laboratorio Nacional de Argonne

Información de: phys.org


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