Uno de los centros educativos más importantes de Estados Unidos anunció hace tan solo unos días un avance muy importante para las energías limpias pero también para la biología. Se trata de un nanorreactor híbrido que tiene la capacidad de ser impulsado por la luz, lo que abre la posibilidad de combinar distintos métodos eficientes y renovables para producir hidrógeno.
El objetivo de los investigadores de la Universidad de Liverpool es aplicar la tecnología en un nanorreactor híbrido para combinar la precisión de la ingeniería para fabricar hidrógeno, que luego puede ser utilizado como una fuente de energía limpia. Es un avance que todavía no se produce en masa pero que tiene un inmenso potencial.
De qué se trata el nanorreactor híbrido desarrollado por la Universidad de Liverpool
En la actualidad, los fotobiocatalizadores sintéticos tienen un gran potencial para producir transformaciones químicas, ya que aprovechan la energía solar basados en procesos que se asemejan a la fotosíntesis natural. Pese a esto, lograr que la captación de la luz y la transferencia de electrones sean eficientes constituyen varias dificultades para los científicos que impulsan estos proyectos.
Sin embargo, los investigadores que integran el centro educativo publicaron un artículo en la revista especializada ACS Catalysis en el que detallaron cómo pretenden aplicar la energía solar para producir combustibles. Se trata de un procedimiento que involucra fotocatálisis artificial a partir de un sistema artificial. Cabe remarcar que todos estos inventos suelen tener varias dificultades para replicar a los que son fotosintéticos naturales.
Si bien existen varias complejidad para alcanzar un rendimiento comparable, el enfoque de este nanorreactor híbrido es pionero en el campo de la fotocatálisis artificial. Su gran distinción es que logra combinar de manera efectiva una serie de materiales sintéticos con otros biológicos. Este ya fue probado por los investigadores.
Para lograr esto, se combinaron las cáscaras de a-carboxisomas recombinantes, que son unos microcompartimentos naturales de bacterias, con un semiconductor orgánico microporoso. La función de las primeras es proteger las enzimas hidrogenasas (estas son muy efectivas para producir hidrógeno pero se vuelven vulnerables a la desactivación por oxígeno).
De esta manera, las enzimas se encapsularán, dándole una protección extra que garantiza que la producción de hidrógeno sea eficiente y sostenida en el tiempo, disminuyendo el riesgo de ser desactivadas. Esta tarea es vital para el funcionamiento del nanorreactor híbrido, de acuerdo a las palabras de los investigadores de la Universidad de Liverpool.
Cabe destacar que el enfoque que le dieron los investigadores es vital para la construcción de biocatalizadores impulsados por la luz. Estos combinan el poder que otorga la nanotecnología biológica con “el control funcional que ofrecen los semiconductores orgánicos supramoleculares”, de acuerdo al artículo de la revista.
Cómo lograron este avance con el nanorreactor híbrido
Para que esta experiencia fuera posible, Luning Lui, que es Catedrático de Bioenergética Microbiana e Ingeniería Bioingenieril en la Universidad de Liverpool colaboró con Andy Cooper, que integra el Departamento de Química y es el Director de la Fábrica de Innovación de materiales. Ambos lograron realizar la síntesis del semiconductor orgánico microporoso.
Esto es vital para poder recolectar y absolver la luz visible. Luego, los profesores lograron que el semiconductor trasladara los excitones que se producen en esta etapa hacia un biocatalizador que tiene como finalidad activar la producción de hidrógeno. De esta manera, se logra generar una fuente de energía limpia y sostenible.
Lui se encargó de explicar, en el artículo de la revista, cómo funciona su invento: “Al imitar las estructuras y funciones intrincadas de la fotosíntesis natural, hemos creado un nanorreactor híbrido que combina la amplia absorción de luz y la eficiencia en la generación de excitones de los materiales sintéticos con el poder catalítico de las enzimas biológicas”.
A partir de esta sinergia que se genera, la producción de hidrógeno sólo a través de la luz que genera como fuente de energía es posible. Este nanorreactor híbrido se convirtió en un desarrollo pionero en este campo.
Entre algunos apartados técnicos, los investigadores explicaron que utilizaron un cristal molecular orgánico editado (a-polimorfo microporoso de 1, 3, 6, 8-tetra). Además, dentro del sistema híbrido químico-biológico se facilitó la autoasociación por enlaces de hidrógeno. Todo esto colabora a que la producción impulsada por irradiación de luz se realice a una velocidad comparable a la de un catalizador precioso.
Los principales beneficios del nanorreactor
Una de las razones por las que su invento es muy significativo se debe a que tiene la capacidad de eliminar la dependencia de algunos elementos que se utilizan en estos procesos. El más relevante de ellos es el platino, que es un metal muy costoso que es difícil de conseguir. Es por eso que el nanorreactor híbrido se constituye como una alternativa económica a los fotocatalizadores sintéticos más tradicionales.
Además, cabe remarcar que tiene una eficiencia comparable a estos sistemas, con la diferencia de que es más barato producir el hidrógeno. Por otra parte, más allá de su precio y de ser sustentable para el medioambiente, también tiene varias posibilidades de ser aplicado en otros campos de la biotecnología.
Estos avances fueron explicados por Andy Cooper, quien detalló que “los hallazgos del estudio abren puertas a la fabricación de nanorreactores biomiméticos con aplicaciones de amplio alcance en la energía limpia y la ingeniería enzimática, contribuyendo a un futuro libre de carbono”. Se estima que puede ser utilizado para la producción de combustibles sostenibles y reacciones enzimáticas.
Además, uno de los avances más importantes que lograron los investigadores, que fue el motivo por el cual se considera al nanorreactor híbrido como un avance relevante en este campo, es que llegaron a un ensamblaje multiescala que replica la segregación de la fotosíntesis natural, un apartado muy complejo dentro de los dispositivos artificiales. Se espera que el estudio abra las puertas para fabricarlos a gran escala.
