UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN

Preparatoria No.24

“Dr. Alfredo Piñeyro López”

Temas selectos de biología.

Etapa 3 actividad de aplicación.

‘’Fotosíntesis artificial’’

Maestro: MC Fidencio González Martínez.

Alumna: Aimeé Betsaida Duarte Salinas.

Grupo. 003 semestres: 3

Cd. Anáhuac Nuevo 9 de octubre de 2013

Introducción:

La fotosíntesis artificial es un campo de investigación que intenta imitar la fotosíntesis natural de las plantas, con el fin de convertir dióxido de carbono y agua en carbohidratos y en oxígeno, utilizando para ello la luz del Sol.

En la fotosíntesis natural intervienen docenas de enzimas que catalizan varias reacciones individuales, pero todo el proceso puede dividirse conceptualmente en dos fases principales que interactúan mediante moléculas transportadoras de energía: las reacciones luminosas, que dependen de la luz del Sol, y las reacciones oscuras, que pueden ocurrir en ausencia de luz. Estas reacciones tienen mucha importancia tanto desde el punto de vista científico como desde el punto de vista económico, dada su potencial aplicación en la explotación de la energía solar, sin embargo el proceso es tan complejo que aún en un laboratorio es difícil de replicar.

El término fotosíntesis artificial se aplica a aquellos procesos que, inspirados en la fotosíntesis natural, buscan utilizar la energía solar para producir otros tipos de energía que puedan ser aprovechados por el hombre de manera limpia y eficiente, de forma que en un futuro se pueda producir una (planta artificial) que sea capaz de almacenar energía en forma de compuestos orgánicos a partir de óxido carboxílico y aceite. Esto hace que la fotosíntesis artificial sea una tecnología atractiva no sólo desde el punto de vista práctico y económico, sino también desde el punto de vista ecológico, ya que potencialmente podría ayudar a mitigar o revertir algunos de los efectos adversos producidos por el consumo de combustibles fósiles como el calentamiento global.

Las investigaciones en cuanto a fotosíntesis artificial se pueden dividir de acuerdo con la fase de la fotosíntesis natural que buscan replicar: la separación de moléculas de agua para obtener hidrógeno y oxígeno que ocurre en la fase luminosa, y la fijación del bióxido de carbono que ocurre en la fase oscura.

Desarrollo:

La fotosíntesis es un proceso esencial para la vida en la Tierra, ya que permite a plantas, algas y algunas bacterias utilizar la luz solar para transformar el agua en oxígeno e hidrógeno. Este último elemento reacciona con el CO2 y ayuda a sintetizar carbohidratos, que sirven a dichos organismos para almacenar energía.

En la fotosíntesis natural intervienen docenas de enzimas que catalizan varias reacciones individuales, pero todo el proceso puede dividirse básicamente en dos fases principales que interactúan mediante moléculas transportadoras de energía: las reacciones luminosas,

que dependen de la luz del Sol, y las reacciones oscuras, que pueden ocurrir en ausencia de luz.

Las investigaciones en cuanto a fotosíntesis artificial se pueden dividir de acuerdo con la fase de la fotosíntesis natural que buscan imitar: la separación de moléculas de agua para obtener hidrógeno y oxígeno que ocurre en la fase luminosa, y la fijación del bióxido de carbono que ocurre en la fase oscura.

Se pueden utilizar las plantas tal cual, pero es un método no rentable a gran escala, pues la fotosíntesis natural tiene un rendimiento de hasta 2%, mientras que la fotosíntesis artificial puede alcanzar una producción de 10 a 15 veces superior a las plantas para absorber bióxido de carbono (CO2) del aire y producir combustibles y otras sustancias.

La combustión del hidrógeno con el oxígeno produce mucha mayor energía que las gasolinas, el diesel o el gas natural, pero sin contaminar, ya que esta reacción química solamente genera emisiones de vapor de agua.

En el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), el químico Daniel Nocera ha creado un catalizador de cobalto y fósforo que escinde el agua a temperatura ambiente. Nocera asegura que su descubrimiento, publicado en la revista Science, supondrá un mayor desarrollo de la tecnología solar fotovoltaica. Además de tener un coste muy bajo, afirma, permitirá aprovechar el exceso de energía solar durante la noche para, por ejemplo, recargar en los hogares células de combustible para suministrar energía a electrodomésticos o a un coche eléctrico.

Durante la CCXLI reunión de la Sociedad Americana de Química, Nocera y su equipo han presentado una célula solar avanzada del tamaño de un naipe que simula el proceso que las plantas verdes utilizan para convertir la luz solar y el agua en energía.

Esta hoja artificial resulta especialmente prometedora como una fuente barata de energía eléctrica para los hogares en los países en desarrollo. Nuestro objetivo es hacer de cada hogar su propia central eléctrica," ha declarado Nocera.

El dispositivo no se parece a las hojas producidas por la naturaleza, que los científicos han utilizado sin embargo como modelos en sus esfuerzos para desarrollar este nuevo tipo de células solares. Su forma es la de una carta de póker, pero más delgada, y fabricada a partir de un chip de silicio, componentes electrónicos y catalizadores, sustancias que aceleran las reacciones químicas que de otro modo no ocurrirían o funcionarían con lentitud. Situado en un recipiente con 3,7 litros de agua y recibiendo luz brillante del sol, el dispositivo podría producir energía suficiente como para abastecer una casa en un país en desarrollo con electricidad durante un día, dijo Nocera. Lo hace mediante la división del agua en sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. La química del dispositivo, que utiliza silicio, níquel y

cobalto, emula a la de las plantas, que usan energía de la luz solar para producir electrones y cargas positivas dentro de la hoja, y luego dividen el agua en oxígeno e hidrógeno, este último atrapado en carbohidratos. "Nos demos cuenta o no, las hojas están cargadas de electricidad", dice Nocera.

La nanotecnología podría ser crucial para hacer posible la fotosíntesis artificial. Así lo cree un equipo de investigadores de la Universidad Hebei Normal de Ciencia y Tecnología en Qinhuangdao, China, que afirma haber solucionado un paso clave que se resistía hasta ahora en dicho objetivo. Gracias a una estructura de nanotubos de carbono, los científicos chinos han recreado el sistema de electrones múltiple, que en la fotosíntesis natural posibilita la energía para reacciones como la síntesis de los carbohidratos.

Conclusiones:

A pesar de los constantes y cada vez más numerosos avances, la fotosíntesis artificial como proceso energético generalizable y económico tiene un largo camino que recorrer. Los sistemas desarrollados por el momento aún se encuentran en una fase inicial, y son varias las dificultades que tienen que salvar.

Por ejemplo, los catalizadores que podrían ser la base del proceso energético funcionan, pero todavía son poco eficientes y lentos. Además, alguno de los pasos de la fotosíntesis natural, aunque ya empiezan a ser reproducidos, todavía se resisten. En otros casos, el proceso de oxidación del agua produce sustancias agresivas, un problema que las plantas resuelven reparando y reemplazando sus catalizadores naturales constantemente.

La fotosíntesis artificial presenta ciertas ventajas con respecto de los paneles fotovoltaicos. La diferencia principal es que mientras la conversión directa de la luz solar en electricidad a través de paneles no permite su almacenamiento a gran escala, la fotosíntesis artificial puede producir combustible almacenable.

La fotosíntesis artificial tiene potencial para producir más de un tipo de combustible. El proceso fotosintético puede ajustarse para que las reacciones entre la luz, el dióxido de carbono y el agua produzcan hidrógeno líquido y usarlo como combustible de forma directa, pero también podría ser canalizado hacia una célula de hidrógeno, revertir la electrólisis y generar electricidad para el uso doméstico.

Fuentes bibliográficas:

http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/llega-la-fotosintesis-artificial

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/09/01/179698.php

http://www.vertigopolitico.com/articulo/22060/Fotosntesis-artificial-energa-alternativa-y-ecolgica