Enlace Judío México e Israel.- Usar el poder de la fotosíntesis para obtener energía limpia es un gran paso para que las células fotoelectroquímicas BIO (BIOcells) sean una fuente de energía limpia en el futuro.
Investigadores israelíes han superado un obstáculo de eficiencia al combinar con éxito la potencia de absorción eficiente de la luz por los complejos fotosintéticos de captación de luz con el poder electroquímico del Photosystem II (PSII), la enzima natural de la división del agua.
El avance es una solución funcional para superar la eficiencia anteriormente limitada debido a una “brecha de luz verde” en el espectro de absorción de los dispositivos de energía biosolar.
Los hallazgos fueron publicados en el Journal of Materials Chemistry A.
El mundo se esfuerza por reemplazar el combustible fósil con fuentes de energía limpia.
La energía solar, debido a su abundancia y falta total de elementos contaminantes, se considera una fuente de energía particularmente valiosa.
En la naturaleza, las bacterias, las algas y la vida vegetal han evolucionado para convertir eficientemente la energía solar en energía química a través de la fotosíntesis.
BIOcells es un concepto innovador en el campo de las energías renovables destinado a aprovechar este proceso natural. Se hace semi-artificialmente para el desarrollo de fuentes de energía limpias, asequibles y eficientes.
BIOcells utiliza grandes complejos de proteínas llamados fotosistemas, que tienen la capacidad de convertir la luz solar en energía eléctrica.
Fotosíntesis para obtener energía limpia.
Aislados de plantas, algas o cianobacterias, los fotosistemas son responsables de la conversión natural de la luz solar en energía en la naturaleza.
La PSII es un tipo valioso de fotosistema porque utiliza el agua como fuente de electrones para la generación de electricidad.
Es la fuente de todo el oxígeno que respiramos y todos los alimentos que comemos.
Pero las BIOcells que contienen solo complejos PSII solo tienen una eficiencia limitada.
La eficiencia se mide por la cantidad de energía eléctrica que sale de la celda dividida por la energía solar que ingresa.
La PSII sola solo puede convertir un rango limitado de luz.
No pueden convertir la luz verde, que constituye aproximadamente el 50% de la luz visible, en energía.
En las cianobacterias y las algas rojas, esto se rectifica mediante el complejo de recolección de luz Phycobilisome (PBS).
Los PBS son estructuras de proteínas que se encuentran en las cianobacterias que les permiten recolectar luz que las moléculas de clorofila en PSII no absorben de manera eficiente.
Los PBS funcionan como un transmisor que absorbe la luz y dirigen la energía de excitación hacia los centros de reacción de PSII.
Eficiencia limitada.
“Por única que sea la PSII, su eficiencia es limitada, ya que puede usar simplemente un porcentaje de la luz solar”, explica el profesor Marc Nowaczyk.
“Las cianobacterias han resuelto el problema formando proteínas especiales de recolección de luz. Es decir, el PBS, que también hace uso de esta luz.
Esta cooperación funciona en la naturaleza, pero aún no en el tubo de ensayo”.
El profesor Noam Adir, agregó que, “al igual que en la naturaleza, nuestros grupos colaboraron, aportando nuestra experiencia en aislar el PBS.”
Para que la colaboración entre las cianobacterias y la fotosíntesis de las plantas sea funcional en una BIOcell artificial, los equipos lograron producir un bioelectrodo de dos componentes.
Esto incluyó la difícil tarea de unir funcionalmente los complejos multiproteicos PBS y PSII.
Algunos de estos se combinaron entre especies.
Logros mejorando la eficiencia obtenida.
Los investigadores, dirigidos por el Dr. Volker Hartmann (RUB) y el Dr. Dvir Harris (Technion), estabilizaron la interacción entre PSII y PBS.
Fijaron permanentemente las proteínas a una distancia muy corta entre sí mediante reticuladores.
Los reticuladores son moléculas con dos o más extremos reactivos que son capaces de unirse químicamente a grupos funcionales específicos en proteínas.
Después de entrecruzar PSII con PBS, el equipo pudo insertar los súper complejos en las estructuras de electrodos apropiadas.
La integración de los supercomplejos PBS-PSII dentro de un hidrogel en electrodos de óxido de indio y estaño macro-porosos (MP-ITO) mejoró la eficiencia de conversión de fotón a electrón incidente (IPCE).
Los valores de IPCE en el “espacio verde” se duplicaron en comparación con los electrodos PSII sin PBS y el IPCE en el espacio de luz verde alcanzó un máximo del 10,9%.
La capacidad de ensamblar estas proteínas es un gran avance en el desarrollo biológico de las células solares.
Esto significa que los complejos de proteínas de diferentes especies se pueden combinar funcionalmente para crear sistemas semi-artificiales. Estos tienen las ventajas acumulativas de las diferentes especies utilizadas.
En su futura investigación de BIOcell, los equipos se centrarán principalmente en optimizar la producción y la vida útil de los componentes biológicos.
Fuente: LatamIsrael