martes, 7 de junio de 2016

Nueva hoja biónica 10 veces más eficiente que la fotosíntesis natural


En los últimos años, grandes avances se han hecho en la creación de hojas artificiales que imitan la capacidad de sus contrapartes naturales para producir energía a partir del agua y la luz solar. En 2011, se crearon las primeras hojas artificiales, estables y rentables, y en 2013, los dispositivos fueron mejorados mejorado, de tal modo que eran capaces de autorepararse y operar con agua impura. Ahora, los científicos de Harvard han desarrollado la "hoja biónica 2.0", la cual aumenta la eficiencia del sistema mucho más allá de las capacidades propias de la naturaleza, y lo utiliza para producir combustibles líquidos por primera vez.

El proyecto es el trabajo de Daniel Nocera de la Universidad de Harvard, que dirigió los equipos de investigación en las versiones anteriores de la hoja artificial, y Pamela Silver, catedrático de Bioquímica y Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard.

Al igual que las versiones anteriores, la hoja biónica 2.0 se coloca en agua y, a medida que absorbe la energía solar, es capaz de dividir las moléculas de agua en sus gases componentes, hidrógeno y oxígeno. Estos gases pueden recogerse y utilizarse en pilas de combustible para generar electricidad, pero ahora, con la ayuda de una bacteria modificada, el hidrógeno se puede utilizar para producir combustibles líquidos. 

Con este nuevo diseño, el dispositivo mejoró sustancialmente la eficiencia en comparación con las versiones anteriores - y la naturaleza misma - gracias en gran medida al catalizador que produce hidrógeno. En versiones anteriores, el catalizador de aleación de níquel-molibdeno-zinc usado para producir el hidrógeno también creó especies reactivas de oxígeno, las cuáles atacaban y destruían el ADN de la bacteria. Como resultado, los investigadores se vieron obligados a ejecutar el sistema a un voltaje superior para superar el problema, lo que condujo a una reducción en la eficiencia global.

"Para esta investigación, se ha diseñado un nuevo catalizador de una aleación de cobalto y fósforo, el cual se demostró que no produce especies reactivas de oxígeno", declaró Nocera. "Eso nos permitió bajar el voltaje, lo que a su vez dio lugar a un aumento dramático en la eficiencia".

Con este nuevo catalizador, el sistema es capaz de convertir la luz solar en biomasa con una eficiencia del 10 por ciento, lo que es 10 veces la capacidad de incluso las plantas más eficientes. Pero esta no es la única aplicación potencial de la tecnología.

"La belleza de la biología es que es el químico más grande del mundo - los organismos biológicos pueden hacer química que nosotros no podemos realizar fácilmente", dijo Silver. "En principio, tenemos una plataforma que puede hacer cualquier molécula basada en el carbono. Así que este dispositivo tiene el potencial de ser muy versátil."

Actualmente, los investigadores han demostrado cómo el sistema puede ser usado para crear compuestos tales como isobutanol, isopentanol y PHB, un precursor de bio-plástico. Además, los catalizadores son biológicamente compatibles, ya que se "auto curan", por lo que no se degradan y dejan escapar material en la solución.  

Si bien es posible que haya más espacio para nuevos aumentos de eficiencia, el equipo dice que la tecnología actualmente funciona lo suficientemente bien como para considerar aplicaciones comerciales. Tal como discutió en años anteriores, los planes de Nocera para la tecnología incluyen el uso en los países en desarrollo como una fuente barata de energía renovable, que podría proveer de energía a casas individuales. 






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