Imitar cómo las plantas convierten la luz solar en energía ha sido durante mucho tiempo el sueño de los científicos para crear soluciones de energía renovable. La fotosíntesis artificial es un proceso que intenta imitar la forma natural, utilizando la luz solar para impulsar reacciones químicas que producen energía limpia. Sin embargo, crear un sistema sintético que se comporte como la fotosíntesis natural ha sido un desafío importante hasta ahora.
Ahora, investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) y la Universidad de Tokio han diseñado un nuevo tipo de hidrogel bioinspirado que puede dividir moléculas de agua utilizando la luz solar para producir hidrógeno y oxígeno. El diseño podría suponer un cambio potencial en la búsqueda de energía limpia, ya que el hidrógeno se considera un combustible prometedor para el futuro. Además, este avance en la producción de hidrógeno se puede comparar con otras tecnologías de energía limpia como la energía solar fotovoltaica y la producción de hidrógeno basada en electrólisis. Estos métodos dependen de fuentes de energía externas, mientras que los sistemas de hidrogel imitan la naturaleza al utilizar la luz solar directamente para distribuir el agua, lo que potencialmente mejora la eficiencia y reduce los costos. Su estudio fue publicado en línea. Comunicaciones químicas.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor asociado Kosuke Okiyoshi, junto con la estudiante de doctorado Rina Hagiwara de JAIST y el profesor Ryu Yoshida de la Universidad de Tokio, diseñaron estos hidrogeles con redes de polímeros cuidadosamente estructuradas. Estas redes ayudan a controlar la transferencia de electrones, que es importante para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Los hidrogeles están cargados de moléculas activas, como complejos de rutenio y nanopartículas de platino, que trabajan juntas para imitar el proceso natural de la fotosíntesis.
“El mayor desafío fue descubrir cómo organizar estas moléculas de manera que pudieran transferir electrones fácilmente”, dice el profesor Okiyoshi. “Utilizando una red de polímeros, pudimos evitar que se agruparan, lo cual es un problema común en los sistemas de fotosíntesis artificiales”.
Además, la primera autora, Rina Hagiwara, Ph.D. estudiante de JAIST, dice: “Lo que es único aquí es cómo se organizan las moléculas dentro del hidrogel. Al crear un entorno organizado, hemos hecho que el proceso de conversión de energía sea mucho más eficiente”.
Uno de los principales avances de este estudio es la capacidad de los hidrogeles para prevenir la agregación de moléculas funcionales, un problema importante en los sistemas de fotosíntesis artificiales anteriores. Como resultado, el equipo pudo aumentar significativamente la actividad del proceso de división del agua y producir más hidrógeno que las técnicas más antiguas.
Este diseño tiene importantes implicaciones para la energía limpia. El hidrógeno, cuando se produzca utilizando únicamente agua y luz solar, podría convertirse en un actor clave en el sistema energético del futuro, ofreciendo una alternativa renovable a los combustibles fósiles. Como explica el profesor Okiyoshi, “el hidrógeno es una excelente fuente de energía porque es limpio y renovable. Nuestros hidrogeles ofrecen una forma de producir hidrógeno utilizando la luz solar, lo que hace que las tecnologías energéticas sean sostenibles. Pero remodelarlos puede ayudar”.
Al hacer que la fotosíntesis artificial sea más eficiente, el estudio nos acerca a un futuro en el que el hidrógeno renovable pueda impulsar industrias, transporte y sistemas de almacenamiento de energía.
A pesar de estos resultados prometedores, los investigadores señalan que todavía queda trabajo por hacer. Aumentar la producción de estos hidrogeles y garantizar su estabilidad a largo plazo serán los próximos pasos importantes. “Hemos demostrado el potencial, pero ahora necesitamos perfeccionar la tecnología para su uso industrial”, afirma el profesor Okiyoshi. “Las perspectivas son apasionantes y estamos ansiosos por seguir adelante”.
El equipo también planea explorar una integración precisa en los hidrogeles para aumentar aún más su eficiencia de conversión de energía.
