Explotar los poderes ocultos de las plantas podría ayudar a arreglar el clima

La fotosíntesis ha sido esencial para la supervivencia de la Tierra durante miles de millones de años. Ahora es el momento de que la gente aprenda algunos trucos de las plantas.

La fotosíntesis es la fuente de gran parte del mundo que nos rodea. Produce madera para nuestros edificios, fibra para nuestra ropa, alimentos para sustentar la vida y mucho más, incluidos medicamentos, tintes, caucho y, por supuesto, combustibles fósiles. De hecho, nuestra sociedad actual quema en un año lo que la fotosíntesis duró un millón de años, lo que lleva a las enormes cantidades de carbono ahora presentes en nuestra atmósfera. En 2021 pasaremos a capitalizar este proceso artificial extraordinariamente poderoso.

La fotosíntesis es un proceso de dos pasos que tiene lugar primero en la luz y luego en la oscuridad. A la luz del día, una hoja utiliza la energía de los fotones de la luz solar para separar el agua en sus componentes básicos de oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se libera a la atmósfera; El hidrógeno se almacena como un componente de una molécula llamada dinucleótido de adenina y fosfato de nicotinamida (NADPH). En la oscuridad, la hoja absorbe CO2 del aire y lo combina con el hidrógeno producido por el solárium para proporcionar energía química en forma de azúcares.

Para replicar estos dos pasos, mis colegas de la Universidad de Harvard y yo creamos dos dispositivos, a los que llamé Hoja artificial y Hoja biónica. La hoja artificial es una célula solar a base de silicio con varios materiales catalíticos pegados a cada uno de sus lados. Sumergido en agua, utiliza la energía de la luz solar para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno. La hoja biónica extiende esta idea incorporando una bacteria, Ralstonia eutropha, que absorbe el dióxido de carbono del aire y lo combina con el hidrógeno producido por la hoja artificial para producir combustibles líquidos.

En 2020, al reemplazar Ralstonia eutropha con otra bacteria, Xanthobacter autotrophicus, pudimos desarrollar un dispositivo que combina nitrógeno del aire e hidrógeno del componente de la hoja artificial para producir fertilizante. El resultado es que, utilizando solo luz solar, aire y agua, hemos logrado producir combustibles renovables y lo básico para la producción de alimentos.

La fotosíntesis artificial es diez veces más eficiente que la fotosíntesis natural. En 2021 comenzaremos a explorar formas prácticas de expandir la tecnología. A corto plazo, esto conducirá a una nueva infraestructura descentralizada de energía, alimentos y producción libre de carbono. La empresa ya utiliza hidrógeno, por ejemplo, para propulsar vehículos.

A más largo plazo, veremos la fabricación de plásticos, productos farmacéuticos y químicos liderada por el sol. Y cuando finalmente enviemos humanos a Marte, podremos usar este proceso para descomponer el agua en la orina de los astronautas y combinarla con el dióxido de carbono que exhalan para producir drogas sintéticas, vitaminas, alimentos, drogas y más. .

El mundo busca con urgencia formas de producir lo que necesita sin utilizar combustibles fósiles. En 2021, daremos un paso más al capitalizar un poderoso proceso natural que siempre ha estado ante nuestras narices.

Daniel Nocera es profesor de energía de Patterson Rockwood en el Departamento de Química y Biología Química y director del Laboratorio Nocera de Harvard.

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