El sistema artificial ha superado a la hoja natural en la eficiencia de la fotosíntesis.
Por primera vez, los científicos pudieron combinar eficazmente la electrólisis química con la actividad de las bacterias. El sistema produce alcohol y otras sustancias literalmente "del aire".
Investigadores de la Universidad de Harvard han creado un sistema biónico que convierte y almacena energía solar en forma química utilizando un mecanismo híbrido de materiales inorgánicos y microorganismos vivos. Tal esquema ayuda a resolver dos problemas a la vez: 1) la conservación de la energía solar, que se produce en exceso durante el día y que no es suficiente por la noche; 2) eliminación del exceso de CO 2 de la atmósfera.La nueva invención supera la efectividad de todos los desarrollos similares existentes e incluso supera la fotosíntesis en la naturaleza. El artículo científico fue publicado el 3 de junio en la revista Science (doi: 10.1126 / science.aaf5039)."Creo que este es realmente un estudio bastante emocionante", comentó Johannes Lischner del Imperial College London sobre sus colegas. "Convertir la luz solar en combustibles químicos de alto rendimiento es un poco como el Santo Grial para la energía renovable".El sistema biónico es un frasco con dos electrodos, agua y una colonia de bacterias Ralstonia eutropha . Una corriente eléctrica pasa a través de los electrodos y descompone las moléculas de agua, liberando gas hidrógeno.
El hidrógeno resultante ya podría usarse como combustible, pero los científicos decidieron complicar el sistema para hacerlo más eficiente. En el siguiente paso, la bacteria Ralstonia eutrophaque son alimentados por hidrógeno y CO 2 desde la atmósfera. Gracias a estos nutrientes, la colonia bacteriana está creciendo activamente en tamaño. Entre los productos de desecho de los microorganismos se encuentran varios productos químicos útiles. Los científicos experimentaron con modificaciones genéticas y desarrollaron bacterias que producen varios tipos de alcohol (C 3 y C 4 + C 5 en los diagramas) y precursores de plástico (PHB en los diagramas).
Los científicos han estado intentando durante décadas cultivar bacterias en los electrodos para que participen en la cadena química de reacciones, pero en este proceso surgieron constantemente varios problemas que impidieron la creación de un sistema verdaderamente efectivo.El principal de estos problemas es la lixiviación de metales pesados de los electrodos, así como la aparición de oxígeno en forma activa. Ambos procesos deprimen la vida de las bacterias felices y saludables. Un descubrimiento importante de los químicos de Harvard fue el uso de un sistema de electrólisis con un cátodo y ánodo a base de cobalto. Esencialmente, el cátodo y el ánodo producen un efecto sinérgico, que representa un sistema de autocuración . Si uno se degrada, el segundo lo suministra con sustancias, y viceversa.Según expertos independientes que no están relacionados con este estudio, el trabajo científico es verdaderamente revolucionario. Por primera vez en la historia, los científicos pudieron combinar la electrólisis química con la actividad de las bacterias con alta conversión de energía y conservación de energía. El trabajo en esta dirección ha estado sucediendo desde la década de 1960.
Los autores del estudio lograron una eficiencia de reducción de CO 2 de aproximadamente 50% con la producción de biomasa bacteriana y alcohol líquido. Se consumen 180 gramos de CO 2 por 1 kWh de electricidad .Si combina este sistema con fotocélulas convencionales, la eficiencia de la recuperación de CO 2 será de aproximadamente un 10% , ¡esto es más alto que en la fotosíntesis natural!Los científicos sugieren que su sistema de electrólisis eficiente con la conversión de energía en combustible líquido tendrá aplicación, en primer lugar, en los países en desarrollo, donde no hay infraestructura eléctrica desarrollada, para distribuir y mantener la electricidad generada por los paneles solares durante el día.En el futuro, la tecnología puede encontrar una aplicación muy amplia. Es muy importante que las bacterias estén genéticamente modificadas y sean adecuadas para la producción no solo de alcohol, sino también de otros materiales. Todo esto se puede obtener en cantidades ilimitadas literalmente del aire y la luz solar, como dijo Brendan Colón, uno de los autores del trabajo científico , en un podcast científico .El sistema resuelve el problema de almacenar la electricidad generada, pero también ayuda a obtener algún beneficio del exceso de CO 2 que la humanidad emite a la atmósfera, quemando millones de toneladas de hidrocarburos anualmente.Source: https://habr.com/ru/post/es394769/
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