El sector químico representa cerca del 6% de las emisiones globales de carbono. Su papel en la producción de bienes esenciales como medicamentos, fertilizantes, plásticos o productos de limpieza lo convierte en un pilar insustituible de la economía mundial. Pero también lo posiciona como un foco urgente de transformación si se quiere avanzar hacia una economía circular y sostenible.
Desde la Universidad de Cambridge, un equipo liderado por el profesor Erwin Reisner ha dado un paso prometedor en esa dirección: desarrollar una «hoja artificial» capaz de imitar la fotosíntesis natural, utilizando luz solar, agua y dióxido de carbono para generar formiato, un compuesto limpio con potencial para alimentar procesos químicos sin depender de combustibles fósiles.
Una combinación de biología y tecnología
Este dispositivo biohíbrido, definido como una «hoja semiartificial», no utiliza materiales tóxicos ni requiere aditivos inestables, dos limitaciones comunes en intentos anteriores. En su lugar, se vale de semiconductores orgánicos que absorben la luz y enzimas bacterianas que catalizan reacciones de forma selectiva y eficiente.
La base de esta innovación radica en combinar lo mejor de dos mundos: por un lado, semiconductores orgánicos fácilmente ajustables y no tóxicos, y por otro, biocatalizadores extraídos de bacterias reductoras de sulfato, conocidos por su capacidad para transformar CO₂ en productos útiles sin generar residuos indeseados.
Una de las enzimas clave en este sistema es la carbonato deshidratasa, que ayuda a mantener la reacción estable sin necesidad de compuestos químicos adicionales que suelen deteriorarse rápidamente. Al integrarla en una matriz porosa de titania, lograron que todo el sistema funcionara en una solución simple de bicarbonato, parecida al agua con gas, lo que facilita su escalabilidad y sostenibilidad.
Diseño modular y funcionamiento autónomo
El diseño del dispositivo recuerda a un sándwich a escala nanométrica, donde cada capa cumple una función específica y está optimizada para trabajar en conjunto. El resultado es una unidad capaz de operar de manera autónoma, sin conexión a redes eléctricas ni insumos externos.
Durante las pruebas de laboratorio, la hoja artificial fue capaz de mantener su funcionamiento durante más de 24 horas seguidas, duplicando la durabilidad de versiones anteriores y logrando una eficiencia casi perfecta en la dirección de los electrones hacia las reacciones químicas deseadas. El formiato generado se usó de forma inmediata para producir compuestos de alto valor, como ingredientes farmacéuticos, en una reacción encadenada tipo «dominó» que evitó residuos y mejoró el rendimiento global.
Un paso hacia la industria química verde
Esta tecnología no está pensada para reemplazar a las plantas, sino para complementar su función a escala industrial. Mientras las hojas naturales capturan carbono para alimentar los ecosistemas, estas hojas artificiales podrían hacerlo para producir combustibles y productos químicos sin contaminar, acercándonos a una producción limpia en sectores como la farmacéutica, la agricultura o la manufactura de materiales.
Lo destacable es que por primera vez se han usado semiconductores orgánicos como captadores de luz en este tipo de dispositivos biohíbridos, algo que la revista Joule considera un hito en el campo de la fotosíntesis artificial. Esto abre la puerta a una nueva generación de dispositivos que aprovechan el sol no solo para generar electricidad, sino también para fabricar moléculas complejas de forma limpia y descentralizada.
Retos y oportunidades futuras
Aunque los resultados son prometedores, los investigadores reconocen que aún quedan desafíos por resolver antes de que esta tecnología pueda adoptarse a gran escala. Aumentar la durabilidad de los materiales, adaptar el sistema para obtener diferentes productos químicos, o reducir los costos de fabricación son algunas de las líneas de trabajo que están explorando actualmente.
La ventaja es que, al trabajar con materiales orgánicos y enzimas naturales, hay margen para modular las propiedades del sistema y afinar su comportamiento. Esto permite imaginar un futuro en el que estas hojas artificiales se instalen cerca de plantas industriales, capturen el CO₂ emitido y lo transformen en insumos sin pasar por procesos contaminantes o energéticamente intensivos.
Reisner, junto a su equipo y colaboradores de instituciones como la Swiss National Science Foundation y la agencia A*STAR de Singapur, cree que este desarrollo representa una plataforma base para la química verde del futuro, donde la energía solar se convierta en un motor directo de producción limpia.
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by Natalia Polo via WWWhat's new
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