O Sol proporciona máis enerxía á Terra nunha hora que a consumida por todo o planeta nun ano. Algúns investigadores queren imitar a quen mellor sabe aproveitar este enorme potencial: as follas das árbores. Non é unha tarefa fácil, xa que a súa aparente sinxeleza esconde un complexo sistema que aínda hoxe en día non se comprende por completo. Diversos equipos científicos de todo o mundo conseguiron algúns innovadores progresos, pero terán que esforzarse máis para lograr unhas follas artificiais que logren o seu obxectivo de maneira eficiente e económica.
Utilizar a luz solar para dividir as moléculas de auga e aproveitar o hidróxeno como combustible é unha das máis prometedoras tácticas para evitar o consumo de combustibles fósiles. Son palabras do doutor Dei Zhang, da Universidade Xangai Jiao-Tong (China). Xunto cun equipo de colaboradores das universidades de California (EE.UU.) e de Saga (Xapón) desenvolveu un sistema para reproducir o deseño das follas e lograr este obxectivo que daría ao mundo unha nova fonte de enerxía renovable e ecolóxica.
O Sol proporciona máis enerxía á Terra nunha hora que a consumida por todo o planeta nun ano
Nun recente número da revista Advanced Materials, Zhang e os seus compañeiros explican que a novidade da súa técnica consiste en copiar as estruturas xerárquicas das follas e substituír os pigmentos naturais por uns catalizadores artificiais de dióxido de titanio dopado con nitróxeno. Os seus responsables aseguran que aumentaron a absorción da luz solar e a actividade que provoca a separación dos átomos da auga con respecto a outros sistemas.
Segundo Zhang, a investigación deste tipo de sistemas artificiais non só suporá o deseño dunha nova tecnoloxía de enerxía solar, senón tamén a comprensión do funcionamento das plantas, que aínda hoxe en día esconde diversas incógnitas. O científico chinés explica que unha folla natural é unha sinerxía de estruturas elaboradas e compoñentes funcionais baseada nun mecanismo moi complexo, a fotosíntesis. As follas atrapan a enerxía solar e utilízana para dividir a auga en osíxeno e hidróxeno de maneira eficiente.
O equipo de Zhang sinala que calquera tipo de biomasa , incluído residuos agrícolas ou de algas , podería servir na fabricación destas follas artificiais. No seu traballo utilizaron como base diversos tipos de follas, ás que diluíron en ácido clorhídrico para substituír os átomos de magnesio, esenciais na fotosíntesis, por titanio. Tras secar e queimar as follas para eliminar o material vexetal, obtiveron unha mostra con dióxido de titanio cristalizado e moitas das estruturas das follas naturais.
Diversos sistemas cun mesmo obxectivo
Unha folla natural é unha sinerxía de estruturas baseada nun mecanismo moi complexo
Os métodos para chegar ao mesmo obxectivo enerxético son moi diversos. Os enxeñeiros estadounidenses Michel Maharbiz, da Universidade de California en Berkeley, Ruba Borno, da Universidade de Michigan, e Joe Steinmeyer, do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT), traballan nun prototipo que simula a transpiración das follas (a perda de auga mediante a evaporación), polo que as plantas bombean a auga das raíces ao seu parte superior, por moi alta que sexa.
As follas sintéticas destes investigadores tamén evaporan a auga para crear un efecto de bombeo que se aproveita para xerar enerxía. Neste caso, está fabricada a partir de láminas de cristal atravesadas por unha rede de diminutas canles ramificados cheos de auga, como as veas dunha folla natural. Ao interromper de forma periódica o fluxo de auga con burbullas de aire, xérase unha pequena corrente eléctrica. Os investigadores estadounidenses recoñecen que a cantidade aínda é moi diminuta, pero móstranse optimistas en que é un bo comezo para lograr un novo sistema enerxético.
Imagen: Agata UrbaniakNa Universidade de Leiden (Holanda) baseáronse nos clorosomas, as antenas coas que as bacterias aproveitan a luz solar, para crear o seu prototipo de folla artificial. Os seus responsables publicaban en 2009 un artigo na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) que detallaba o seu sistema.
Os investigadores holandeses explicaban que os clorosomas son os órganos de recolección solar máis eficientes do mundo e que están adaptados para funcionar con cantidades mínimas de luz. Ao estar constituídas de clorofila, cren que son a clave para imitar ás follas e lograr nas futuro células solares de gran eficiencia. Se o ritmo dos descubrimentos continúa ao nivel actual, sosteñen, moi pronto se poderían crear aplicacións moi diversas, como estradas foto-luminiscentes capaces de converter a luz en electricidade de forma sustentable. A investigación tamén lles serviu para entender mellor como funcionan estes receptores lumínicos bacterianos.
Dan Nocera, do MIT, é outro dos expertos que podería ofrecer avances importantes. En 2008, deu a coñecer na revista Science un sistema baseado en diversos elementos baratos e abundantes, como o cobalto ou o fósforo, coa capacidade de auto-reparación, de maneira similar ás follas naturais.
Pola súa banda, outro grupo de científicos baséase no concepto das follas artificiais para crear combustibles que poidan utilizarse no transporte. Estes investigadores, como Kazunari Domen, da Universidade xaponesa de Tokyo, pretenden utilizar o hidróxeno en pilas de combustible para producir electricidade ou ben combinalo co dióxido de carbono (CO2) para facer biocombustibles como o metanol.
A pesar destes descubrimentos, os científicos recoñecen que aínda quedan varios desafíos para lograr un sistema económico e eficiente. Fai máis dunha década, John Turner e Khaselev Óscar, do Laboratorio Nacional de Enerxía Renovable de EE.UU., crearon unha folla artificial que lograba producir hidróxeno, pero utilizaba metais raros e non era estable. Na actualidade, segundo Turner, os avances neste tipo de tecnoloxía foron pequenos, aínda que as expectativas continúan.
Os científicos que tratan de imitar á natureza (Biomímica) lembran que os seres vivos servíronse da evolución ao longo de millóns de anos para perfeccionar os seus sistemas. David Britt, da Universidade de California, estuda o interior das estruturas biolóxicas e lembra que no seu conxunto son un misterio. Por iso, non é tan sinxelo reproducir este coñecemento e aproveitalo de forma artificial con investigacións que non teñen máis que uns poucos anos de andaina.
