Canalizando la fotosíntesis para generar combustible

Desde que pude escuchar por primera vez en el colegio cómo las plantas obtenían energía mediante la fotosíntesis, siento admiración por el reino vegetal. Con agua y dióxido de carbono más el aporte lumínico consiguen generar energía. Siempre hablando de la fotosíntesis de tipo oxigénico (ver imagen 1). Imaginad si se pudiera canalizar esa reacción de tal forma que se obtuviera energía que pudiéramos aprovecharla los seres humanos.

Fotosintesis oxigénica y anoxigénica
Imagen 1. Esquema de fotosintesis oxigénica y anoxigénica

Científicos del Reino Unido y los EE.UU., incluyendo investigadores de la Universidad Estatal de Arizona, han conseguido fondos (valorados en más de 10 millones de dólares, más de siete millones de euros) para mejorar el proceso de fotosíntesis, como medio de producción de combustible renovable.
Para resumir uno de los proyectos que se están llevando a cabo, lo que están estudiando es el procedimiento de conectar un organismo productor de energía con otro productor de combustible (ver imagen 2). Esto se basa en que las células fotosintéticas cuando son «abrumadas» por mucha luz llegan a desperdiciar energía. Consiguiendo canalizar esa energía sobrante a otros organismos que produzcan combustible se conseguiría mejorar esa eficiencia energética de una forma muy rentable para nosotros.

Esquema de proceso fotosintético canalizado
Imagen 2. Esquema del proceso de obtención de combustible mediante canalización de la fotosíntesis

No he podido indagar más sobre el tema pero parece ser que se están investigando en unos nanocables que permitan la conexión entre los dos tipos celulares para permitir el paso de electrones.
Este estudio se completa con otros tres proyectos : el proyecto EPP (Exploiting Prokaryotic Proteins to Improve Plant Photosynthesis Efficiency), el proyecto MAGIC (Multi-Level Approaches for Generating Carbon Dioxide) y el proyecto CAPP (Combining Algal and Plant Photosynthesis) y que en conjunto recibirán los fondos para la investigación anteriormente mencionados.
Buen proyecto para sacar partido al mundo vegetal de una forma más sostenible.

 

Imágenes obtenidas de la National Science foundation y Wikipedia.
Referencias: NSF Announces New Awards That Will Investigate More Efficient Ways to Harvest Sunlight to Make New Biofuels and Biomaterials

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Fotosíntesis y la mecánica cuántica

Las plantas durante la fotosíntesis emplean unas proteínas especiales, denominadas ‘complejos recolectores de luz’, para capturar la luz solar y dirigir la energía hacia otras proteínas conocidas como ‘centros de reacción’, las células solares de la naturaleza. El equipo de Scholes aisló ‘complejos recolectores de luz’ de dos especies diferentes de algas marinas y estudió su funcionamiento en condiciones naturales de temperatura con una sofisticada técnica láser denominada espectroscopia electrónica bidimensional.
Scholes explica: «Hemos estimulado las proteínas con impulsos láser de femtosegundos (0,000000000000001 segundos) para imitar la absorción de la luz solar, lo que nos permitió cronometrar los procesos posteriores, incluida la transferencia de energía entre moléculas especiales ligadas en la proteína. Observamos asombrados una evidencia clara de la implicación de estados de mecánica cuántica duraderos en la transferencia de energía. Los resultados sugieren que la energía de la luz absorbida reside en dos lugares al mismo tiempo – un estado de superposición cuántica o coherencia-, por lo que se encuentra en el mismo centro de la teoría de la mecánica cuántica».
El científico añade: «Este y otros descubrimientos recientes han captado la atención de los investigadores por varias razones: En primer lugar, significa que las leyes de la probabilidad cuántica pueden prevalecer sobre las leyes clásicas de la cinética en este complejo sistema biológico, incluso a temperaturas normales. Por tanto la energía puede fluir de manera eficiente recorriendo varias rutas alternativas a través de las proteínas antena al mismo tiempo”, algo que no es nada intuitivo.
“También se plantean otras preguntas, fascinantes por las posibilidades que abren, que tratan de averiguar, por ejemplo, si estos organismos han desarrollado estrategias de mecánica cuántica para la captura de luz con el fin de obtener una ventaja evolutiva. Esto sugiere que las algas conocían la mecánica cuántica casi dos mil millones de años antes que las personas», apunta Scholes.
Madre mía. La mecánica cuántica se me escapa pero empieza a llamarme la atención.

Referencia bibliográfica: Paul Brumer & Gregory D. Scholes et al. «Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature», Nature 463, 4 de febrero de 2010.

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