Hacia una mejor utilización de la energía solar para la producción de alimentos y combustibles
Un grupo de investigación de la Universidad de Glasgow busca mejorar la eficiencia del proceso de fotosíntesis y generar una “hoja” artificial capaz de convertir la energía solar en combustible líquido.
Mejorar la eficiencia del proceso de fotosíntesis, que naturalmente realizan las plantas, algas y algunos microorganismos, es un objetivo perseguido por muchos científicos, dado el gran impacto que tendría sobre la producción de alimentos y la obtención de energía. Este será el foco del programa de financiamiento del Consejo de Investigaciones en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC) del Reino Unido, según anunció recientemente en la Reunión Anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS).
La fotosíntesis permite a los sistemas biológicos tomar energía del sol y utilizarla para producir alimentos y combustibles. Es uno de los procesos biológicos más importantes sobre la tierra, pero no uno de los más eficientes, dejando un amplio margen para su mejoramiento.
Actualmente, muchos científicos alrededor del mundo trabajan tratando de mejorar el proceso de fotosíntesis para incrementar la producción de alimentos y energía. En este contexto, distintos abordajes son posibles.
El grupo liderado por el Profesor Richard Cogdell, de la Universidad de Glasgow, utiliza un enfoque de la Biología Sintética para tratar de generar una “hoja” artificial capaz de convertir la energía solar en combustible líquido. Según sus palabras, “el uso de la energía solar, gratuita, es complicado. Podemos utilizar paneles solares para generar energía eléctrica pero su generación es intermitente y difícil de almacenar. Lo que tratamos de lograr es tomar la energía solar y atraparla de forma tal que pueda ser utilizada cuando más se necesite”. Para ello, su grupo de investigadores intenta utilizar una serie de reacciones químicas similares a las que ocurren durante la fotosíntesis pero en un sistema artificial.
En la naturaleza, las plantas toman la energía solar, la concentran y la utilizan para convertir moléculas de agua en moléculas de hidrógeno y oxígeno. El oxígeno generado es liberado y el hidrógeno es utilizado en otros procesos. Según el Prof. Codgell, “estamos trabajando para generar un sistema químico robusto, que pueda replicar artificialmente lo que ocurre en la fotosíntesis, a gran escala. Esta “hoja” artificial crearía colectores de energía solar para la producción de combustible en lugar de electricidad”.
La investigación está siendo financiada por las entidades BBSRC y NSF (National Science Foundation, de Estados Unidos), entre otras, y está integrada por grupos de investigación multidisciplinarios de Estados Unidos y del Reino Unido.
Otra alternativa para el mejoramiento de la fotosíntesis está siendo explorada por el grupo de investigación liderado por el Profesor Howard Griffiths, de la Universidad de Cambridge. El enfoque, denominado “turboalimentación”, se enfoca en cómo mejorar la actividad de la enzima RuBisCo (Ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa). RuBisCo es la enzima clave de la fotosíntesis, y permite a las plantas y otros organismos utilizar el dióxido de carbono atmosférico para crear moléculas más complejas como los azúcares. En algunas plantas se han desarrollado mecanismos que actúan como “turboalimentadores” biológicos para aumentar la concentración del dióxido de carbono en el entorno de la RuBisCo, mejorando así su rendimiento enzimático, y en consecuencia el crecimiento y la productividad del cultivo. La investigación llevada a cabo por el grupo que integra el Prof. Griffiths tiene como objetivo comprender mejor estos mecanismos para en un futuro poder incorporarlos en otros cultivos. Según Griffiths, las algas poseen estructuras que cumplen la función de “turboalimentadoras“ que podrían ser incorporadas en las plantas para mejorar la eficiencia fotosintética de estas últimas.
Un último ejemplo de investigaciones en esta área temática, lo constituye el grupo de Anne Jones, en la Universidad de Arizona. Su investigación se dirige a utilizar el excedente de energía solar que las cianobacterias absorben pero no utilizan en el proceso de fotosíntesis. Para lograrlo, están desarrollando un sistema para acoplar el aparato fotosintético de una especie de bacteria al metabolismo productor de moléculas combustibles de una segunda especie de bacteria. La conexión necesaria para conducir la energía entre ambas especies bacterianas podría ser aportada por filamentos naturalmente producidos por muchas bacterias denominados “pili”.
Mejorar la eficiencia del proceso de fotosíntesis, que naturalmente realizan las plantas, algas y algunos microorganismos, es un objetivo perseguido por muchos científicos, dado el gran impacto que tendría sobre la producción de alimentos y la obtención de energía. Este será el foco del programa de financiamiento del Consejo de Investigaciones en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC) del Reino Unido, según anunció recientemente en la Reunión Anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS).
La fotosíntesis permite a los sistemas biológicos tomar energía del sol y utilizarla para producir alimentos y combustibles. Es uno de los procesos biológicos más importantes sobre la tierra, pero no uno de los más eficientes, dejando un amplio margen para su mejoramiento.
Actualmente, muchos científicos alrededor del mundo trabajan tratando de mejorar el proceso de fotosíntesis para incrementar la producción de alimentos y energía. En este contexto, distintos abordajes son posibles.
El grupo liderado por el Profesor Richard Cogdell, de la Universidad de Glasgow, utiliza un enfoque de la Biología Sintética para tratar de generar una “hoja” artificial capaz de convertir la energía solar en combustible líquido. Según sus palabras, “el uso de la energía solar, gratuita, es complicado. Podemos utilizar paneles solares para generar energía eléctrica pero su generación es intermitente y difícil de almacenar. Lo que tratamos de lograr es tomar la energía solar y atraparla de forma tal que pueda ser utilizada cuando más se necesite”. Para ello, su grupo de investigadores intenta utilizar una serie de reacciones químicas similares a las que ocurren durante la fotosíntesis pero en un sistema artificial.
En la naturaleza, las plantas toman la energía solar, la concentran y la utilizan para convertir moléculas de agua en moléculas de hidrógeno y oxígeno. El oxígeno generado es liberado y el hidrógeno es utilizado en otros procesos. Según el Prof. Codgell, “estamos trabajando para generar un sistema químico robusto, que pueda replicar artificialmente lo que ocurre en la fotosíntesis, a gran escala. Esta “hoja” artificial crearía colectores de energía solar para la producción de combustible en lugar de electricidad”.
La investigación está siendo financiada por las entidades BBSRC y NSF (National Science Foundation, de Estados Unidos), entre otras, y está integrada por grupos de investigación multidisciplinarios de Estados Unidos y del Reino Unido.
Otra alternativa para el mejoramiento de la fotosíntesis está siendo explorada por el grupo de investigación liderado por el Profesor Howard Griffiths, de la Universidad de Cambridge. El enfoque, denominado “turboalimentación”, se enfoca en cómo mejorar la actividad de la enzima RuBisCo (Ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa oxigenasa). RuBisCo es la enzima clave de la fotosíntesis, y permite a las plantas y otros organismos utilizar el dióxido de carbono atmosférico para crear moléculas más complejas como los azúcares. En algunas plantas se han desarrollado mecanismos que actúan como “turboalimentadores” biológicos para aumentar la concentración del dióxido de carbono en el entorno de la RuBisCo, mejorando así su rendimiento enzimático, y en consecuencia el crecimiento y la productividad del cultivo. La investigación llevada a cabo por el grupo que integra el Prof. Griffiths tiene como objetivo comprender mejor estos mecanismos para en un futuro poder incorporarlos en otros cultivos. Según Griffiths, las algas poseen estructuras que cumplen la función de “turboalimentadoras“ que podrían ser incorporadas en las plantas para mejorar la eficiencia fotosintética de estas últimas.
Un último ejemplo de investigaciones en esta área temática, lo constituye el grupo de Anne Jones, en la Universidad de Arizona. Su investigación se dirige a utilizar el excedente de energía solar que las cianobacterias absorben pero no utilizan en el proceso de fotosíntesis. Para lograrlo, están desarrollando un sistema para acoplar el aparato fotosintético de una especie de bacteria al metabolismo productor de moléculas combustibles de una segunda especie de bacteria. La conexión necesaria para conducir la energía entre ambas especies bacterianas podría ser aportada por filamentos naturalmente producidos por muchas bacterias denominados “pili”.
