Fotosíntesis artificial, un alternativa para energía sustentable

La fotosíntesis artificial es la oferta científica-tecnológica más  avanzada y prometedora para generar energéticos de alta potencia  empleando como insumos solamente la luz solar, el agua y la  absorción del bióxido de carbono (CO₂) ambiental. El producto principal de la fotosíntesis artificial es el hidrógeno que es un vector energético tres veces más potente que la gasolina o el diesel. Su combustión produce solo agua y ningún residuo contaminante.
 
Las emisiones de CO₂ a la atmósfera debido al uso de combustibles fósiles son ya una amenaza grave para la estabilidad del clima mundial. En total México emite cerca de 500 millones de toneladas de carbono, el 85% de las cuales se deben a la quema de gas, gasolinas,  diesel, combustóleo y carbón.
 
El compromiso de México con el esfuerzo global para hacer frente al cambio climático es categórico. México es un país vulnerable a sus efectos adversos y está decidido a reducir sus emisiones tóxicas en el corto y mediano plazo para reorientar su modelo de crecimiento hacia un desarrollo bajo en carbono.
 
Al ritmo actual en el año 2050 la concentración del CO₂ en el aire rebasaría el umbral de 550 partes por millón y la humanidad enfrentaría muy graves perturbaciones climáticas y ecológicas.
 
Sin embargo, como es de todos conocido, la naturaleza tiene el don de producir vida en equilibrio con el ambiente. Lo logra mediante procesos complejos que la ciencia puede explicar. La naturaleza  diseñó la fotosíntesis para que las plantas aprovecharan la energía lumínica del sol como origen de la cadena energética y alimenticia que mueve al mundo. Sin embargo, pensar en la posibilidad de utilizar biomasa generada a través de Fotosíntesis Natural como vector energético, no parece viable por cuanto este proceso tiene una eficiencia global de captura de la radiación solar que incide en el planeta tierra no superior al 2 %.
 
En cambio la Fotosíntesis Artificial tiene el potencial de alcanzar una producción de 10 a 15 veces superior a las plantas para absorber el CO₂ del aire y producir combustibles tan potentes como el hidrógeno y otras sustancias. La combustión del hidrógeno con el oxígeno produce varias veces más energía por kilogramo que las gasolinas, el diesel o  el gas natural pero sin contaminar ya que esta reacción química solamente produce emisiones de vapor de agua.
 
Consideramos que un planteamiento energético global a futuro debería estar basado en el aprovechamiento de la radiación solar, donde sean incluidas aquéllas fuentes de generación de energía provenientes de la naturaleza como son: mareo-mecánica, eólica, biomasa, etc., y en particular, la Fotovoltaica y la Fotosíntesis Artificial.  Esta última tiene el atractivo adicional de que puede disminuir el balance de emisiones de CO₂ al medio ambiente, a través de su captura y empleo en la producción de energía mediante la irradiación solar yagua.
 
En México, estamos lanzando el día de hoy una nueva y ambiciosa iniciativa nacional, para imitar a la naturaleza mediante la fotosíntesis artificial. Este es uno de los campos de la ciencia y la tecnología más prometedores para la generación de energía sustentable. Lo que intentamos hacer es emplear varios de los principios fotosintéticos, de manera controlada, para producir un combustible limpio a base de hidrógeno, empleando la energía solar yagua.
 
La Fotosíntesis Artificial es una tecnología que suma el conocimiento aprendido de los procesos fisiológicos de las hojas vegetales, y las capacidades de observar y manipular la estructura de los materiales en nano-escala para reproducir de manera artificial la forma en que las plantas producen hidrógeno y otros energéticos.
 
La Fotosíntesis Artificial tiene varias vertientes de desarrollo científico y tecnológico. Es concebible irradiar luz solar sobre un arreglo de  nanotubos embebidos en una membrana para simular el  funcionamiento de las hojas verdes de las plantas, donde la radiación solar podría separar las moléculas del agua, además de reducir el exceso de bióxido de carbono de la atmósfera. O es posible emplear moléculas complejas de escala nanométrica con la función de absorber energía solar, catalizar la hidrólisis del agua y liberar hidrógeno energético en celdas electroquímicas donde del lado catódico la luz incide sobre nanopartículas tipo hierro – rutenio que toman electrones y liberan el potente energético H2 del agua.
 
La tecnología de la fotosíntesis artificial está en pleno apogeo y hay proyectos en varios países del mundo para desarrollar esta tecnología que es por demás prometedora y es que aparte de producir energía totalmente limpia promete contribuir con la limpieza de la atmósfera.
 
Conjuntamente, la innovación tecnológica que se genere a través de inversiones públicas y privadas, permitirá implementar fuentes de energía sustentable como la fotosíntesis artificial, que en un futuro puede capitalizarse al repercutir en la economía de los mexicanos, con  lo cual será posible planear cómo optimizar el uso de energía en casa, así como qué tipo de inversión en materia energética se debe apoyar y  promover en México.
 
El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología tomó la iniciativa de  crear el primer consorcio nacional de universidades, institutos y  centros de investigación para la investigación en fotosíntesis artificial.  Se ha creado un complejo multidisciplinario de investigadores de alto nivel internacional en hidrógeno, catálisis y nanotecnología que incluye  a las instituciones líderes nacionales del campo incluyendo al Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Autónoma de Nuevo León y la Universidad Autónoma Metropolitana, el Centro de Investigación de Materiales Avanzados entre otros. Con esta novedosa estructura de investigadores, instituciones y el Gobierno Federal, México se inicia vigorosamente en una nueva etapa de la investigación energética mundial ahora sobre la fotosíntesis artificial sumando sus talentos y recursos a los esfuerzos globales en curso de ejecución apoyados por muy fuertes inversiones en investigación en Estados Unidos, Europa y Asia.
 
Por último, menciono el tema de los costos. Planeamos invertir en esta tecnología, en la formación de nuevos investigadores e infraestructura en México, una cantidad muy importante de dinero. Hay quienes el día de hoy se preguntan a cómo saldrá el kilowatt-hora eléctrico, o el litro de combustible. No lo podemos calcular, porque aún no tenemos todos los problemas de la explotación de la fotosíntesis artificial resueltos. Lo que sí sabemos es que, al final del proceso, cuando hayamos dominado los fenómenos analizados y podamos aprovechar en las casas y en los coches el beneficio obtenido, en equilibrio con la naturaleza, y reducido el impacto climático, estaremos haciendo un negocio excelente, para nosotros y para las generaciones futuras.
 
Texto leído en la presentación del Proyecto “Fotosíntesis Artificial”, realizada el 16 de octubre de 2012, en el Museo Tecnológico de la CFE.
 
* Directora Adjunta de Desarrollo Científico del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología e integrante de la Academia Mexicana de Ciencias.