Nuevos combustibles a partir de la fotosíntesis artificial de las pompas de jabón

Puedes crear nuevos combustibles de cero emisiones ¿Usando los mismos procesos implementados por la naturaleza? Sí, según los investigadores de la Universidad de Uppsala que lideran el proyecto de investigación. SoFiA (fotosíntesis artificial de película de jabón), en el que también participan la Universidad de Leiden, la Universidad de Ámsterdam, la Universidad Politécnica de Turín y varios institutos de investigación internacionales.

El objetivo del proyecto, que en 2019 recibió una financiación de 3,2 millones de euros de la Comisión Europea, es transformar CO2 en combustible y materias primas para la industria al imitar la membrana tilacoide de las hojas, donde tiene lugar la fase ligera de la fotosíntesis.

Hoy los objetivos del proyecto SoFiA parecen más cercanos: la última contribución importante proviene de los investigadores de Universidad Politécnica de Turín, quienes en un estudio recientemente publicado han demostrado por primera vez la posibilidad de utilizar i película de jabón como membranas reactivas, allanando el camino para la producción de combustibles solares a partir de CO2.

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El nuevo estudio de Universidad Politécnica de Turín, recién publicado en “Cartas de revisión física” por un equipo de investigadores coordinado por el profesor Eliodoro Chiavazzo, demuestra cómo crear Disimetrías en películas de jabón., o cómo diseñar “las finas paredes de las muy comunes pompas de jabón”.

Las películas de jabón tienen una típica conformación simétrica tipo sándwich, en la que dos finas películas surfactantes contienen un cierto volumen de agua: los investigadores han desarrollado un proceso que permite "romper" esta simetría aprovechando la deposición asimétrica de agentes químicos a través de un aerosol sobre las superficies de la película.

Este resultado se traduce en la posibilidad de utilizar películas de jabón como membranas reactivas (autocurativo y de bajo costo) para diversas aplicaciones energéticas, incluido i procesos fotocatalíticos para la producción de combustibles solares como el monóxido de carbono a partir de CO2. Allá fotosíntesis natural, de hecho, se basa precisamente en la asimetría.

"Estamos orgullosos de que la contribución de la Politécnica haya sido decisiva en la identificación de la técnica de dopaje correcta y en la formulación de la comprensión teórica de los procesos subyacentes a esta tecnología.”Explica el profesor Eliodoro Chiavazzo.

"Habiéndolo demostrado en películas de jabón.”, continúa el profesor, “tiene un gran valor no sólo científico sino también tecnológico, porque nos brinda una plataforma de bajo costo y fácil de construir en la que es posible controlar el grado de simetría a escala atomística..

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SoFiA, posible la fotosíntesis artificial sobre una película de jabón

El nuevo estudio del Politécnico de Turín es la última contribución importante a un gran proyecto de investigación iniciado en 2019 y hecho posible gracias a la colaboración de numerosas universidades y centros de investigación a nivel internacional: "Junto con un grupo internacional de colegas trabajamos desde hace años en el uso de estructuras de película como membranas reactivas.", Explica Luca Bergamasco, entre los autores del estudio.

La investigación se enmarca en el programa multidisciplinar de Proyectos Europeos SoFiA (fotosíntesis artificial de película de jabón), que involucra entre otros elUniversidad de Upsala, laUniversidad de leiden y L 'Universidad de Ámsterdam.

En la base del proyecto, el ambicioso objetivo de Imita la membrana tilacoide de las hojas., aquel en el que tienen lugar los procesos de la fase luminosa de la fotosíntesis, para crear una "síntesis de clorofila" artificial de la que obtener combustibles solares.

"La fotosíntesis captura la luz solar y utiliza su energía para impulsar reacciones químicas que acumulan sustancias ricas en energía, como los carbohidratos.", El explica Leif Hammarstrom, profesor de física química en el laboratorio Ångström de la Universidad de Uppsala y coordinador del proyecto.

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La fotosíntesis artificial como alternativa real a la fósil

La mayoría de los combustibles, como el etanol y el hidrógeno, se producen actualmente a partir de fuentes fósiles, explotando el petróleo como materia prima. Sin embargo, según los científicos, la fotosíntesis artificial representa una alternativa válida, sostenible y eficiente a este proceso. Como reemplazo de derivados del petroleo, son usados sol, agua, CO2 y una fina película de jabón.

Usando una técnica similar a la de células solares, la fotosíntesis artificial estudiada por el profesor Hammarström es capaz de producir combustible en forma gaseosa o líquida, simulando lo que ocurre en las plantas, es decir, transformando la energía del sol en energía química.

Por lo tanto, la idea de los científicos es imitar la membrana tilacoide utilizando películas de jabón que contengan clases de tensioactivos catalizadores moléculas obtenidas de Materiales muy abundantes en la Tierra..

"La mayor parte de nuestra investigación gira en torno al trabajo de ciencia básica donde buscamos comprender los primeros principios y desarrollar nuevos catalizadores y mecanismos.”, explica Hammarström en una entrevista de 2022, “se trata de acelerar la reacción química para que los procesos sean más eficientes energéticamente.

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Fotosíntesis para combustibles sostenibles: más allá… del jabón

En el Departamento de Química de Laboratorio Ångström No sólo el grupo de Leif Hammarström se ocupa de las pompas de jabón y los tensioactivos. En el equipo de investigación coordinado por Pía Lindberg, por ejemplo, intentamos obtener combustibles no fósiles aprovechando la fotosíntesis natural realizada por cianobacterias genéticamente modificadas.

Normalmente, las cianobacterias utilizan la fotosíntesis para crecer, peroIngeniería genética puede "convencerlos" de hacer algo completamente diferente, como producir butanol.

"La idea es producir químicos y combustibles renovables a partir del dióxido de carbono de la atmósfera utilizando microorganismos", explica Lindberg, "utilizar la fotosíntesis directamente en microorganismos genéticamente modificados donde podemos controlar lo que el microorganismo hace y produce.

La gran ventaja de este método, explica el profesor Lindberg, es que “utiliza dióxido de carbono de la atmósfera, lo que significa que no necesita azúcar, sino que aprovecha al máximo el proceso del propio cuerpo..

Los últimos resultados de esta línea de investigación se remontan a mayo de 2023, cuando el equipo de Lindberg publicó un estudio que demuestra que las cianobacterias modificadas pueden producir isopreno (a combustible sintético sostenible perfecto para la aviación), utilizando energía solar y dióxido de carbono presente en el aire.

El ambicioso proyecto para producir combustibles con cero emisiones de CO2, que Involucra a grupos de investigadores de todo el mundo., está cada vez más cerca de ser una realidad.

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