Sostenibilidad
Nueva Molécula Acerca la Fotosíntesis Artificial a la Realidad
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Reemplazando la Fotosíntesis Natural
Directa o indirectamente, una enorme cantidad de la energía que utilizamos se ha producido mediante la fotosíntesis.
Esto, por supuesto, es cierto para las calorías que alimentan nuestros cuerpos, pero en última instancia también para los combustibles fósiles, que son simplemente fotosíntesis “almacenada” de plantas que murieron hace eones.
Así, muchos esfuerzos para volver más verde nuestro sistema energético y alimentario se han dedicado a mejorar la fotosíntesis natural o aprovecharla para nuevos usos, como crear biocombustibles a partir de algas.
Construirla a escala podría resultar crucial para limitar el aumento de la concentración de CO₂ en la atmósfera.
¿Pero qué pasaría si pudiéramos imitar el proceso de fotosíntesis sin tener que lidiar con organismos vivos? Después de todo, es un proceso electroquímico que no requiere necesariamente células vivas. Esta es la promesa de la llamada “fotosíntesis artificial”.
Elevaría nuestra capacidad de capturar la energía del sol un paso más allá de la fotovoltaica, que solo puede generar electricidad a partir de la luz solar, pero no afecta directamente a reacciones químicas.
Se ha avanzado un poco, notablemente hacia la producción de hidrógeno similar a la fotosíntesis, pero se necesita más trabajo para una réplica más cercana.
Cómo Funciona la Fotosíntesis en la Naturaleza
En las plantas, la fotosíntesis es, en términos generales, en su forma más simple. El proceso de absorber CO₂ y agua, usar la luz como fuente de energía y producir carbohidratos y oxígeno.
Fuente: Britannica
A primera vista, parece que esto puede reducirse a una ecuación química muy simple y podría replicarse fácilmente de forma artificial.
Fuente: Britannica
Es otra historia cuando se observa cómo se hace realmente.
La fotosíntesis vegetal es, en realidad, una de las maquinarias bioquímicas más complejas, con docenas de reacciones intermedias, una miríada de subcomponentes y, a veces, mecanismos moleculares no tan bien comprendidos que implican elaborados movimientos de electrones.
La explicación sintética de este tema en la enciclopedia Britannica no tiene menos de 10.000 palabras.
Los científicos que lo estudian deben enfrentarse a esquemas mucho más complejos para comenzar a tener una visión general de la fotosíntesis:
Fuente: Lumen Learning
Aunque se usa mayormente en la naturaleza para crear carbohidratos, la fotosíntesis podría, en teoría, emplearse para muchas otras aplicaciones usando la luz como fuente de energía, como, por ejemplo, la síntesis de hidrógeno a partir del agua (fotocatálisis).
Un proceso similar de movimiento inducido por luz de electrones e iones también podría usarse para crear azúcares artificialmente. Esta es la idea en la que están trabajando tres científicos de la Universidad de Basilea (Suiza). Recientemente publicaron en Nature Chemistry1 sus resultados sobre una nueva molécula que podría usarse para la fotosíntesis artificial, bajo el título “Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound”.
Construyendo Clorofila Artificial
Moléculas Multi‑Carga
La fotosíntesis natural depende de una serie de reacciones electroquímicas. Como resultado, requiere un llamado estado separado de carga (CSS), donde una molécula lleva simultáneamente una carga positiva y una negativa.
Es importante que las reacciones de formación de combustible requieran múltiples electrones, no solo uno, lo cual ha sido hasta ahora el mejor logro de los sistemas de fotosíntesis artificial.
Para la reducción del CO₂ en particular, la transferencia de múltiples electrones parece ser esencial, lo que también explica por qué la mayoría de las soluciones de fotosíntesis artificial hasta ahora se han centrado en la generación de hidrógeno.
Aquí es donde el descubrimiento de los investigadores suizos está cambiando las cosas, con la creación de una molécula especial que puede generar y almacenar cuatro cargas simultáneamente bajo irradiación lumínica: dos positivas y dos negativas.
Fuente: Nature
¿Cómo Funciona?
La molécula contiene una parte central sensible a la luz que genera un movimiento de electrones en respuesta. Los investigadores adoptaron un enfoque secuencial usando dos destellos de luz.
El primer destello de luz golpea la molécula y desencadena una reacción en la que se generan una carga positiva y una negativa, que se desplazan hacia el extremo opuesto de la molécula.
Con el segundo destello de luz, la misma reacción ocurre de nuevo, de modo que la molécula contiene entonces dos cargas positivas y dos negativas.
Fuente: Nature
Sensibilidad a la Luz Mejorada
El paso secuencial, usando luz en un proceso de 2 pasos, no solo es importante para acumular una doble carga eléctrica en cada extremo de la molécula, sino también para reducir la energía requerida en cada paso, permitiendo que funcione con una intensidad lumínica más baja que antes.
Fuente: Nature
“Como resultado, ya nos estamos acercando a la intensidad de la luz solar.
Investigaciones anteriores requerían luz láser extremadamente fuerte, lo cual estaba muy lejos de la visión de la fotosíntesis artificial.”
Mathis Brändlin – Estudiante de doctorado en la Universidad de Basilea
Por Qué Esta Molécula Es un Paso Clave Hacia Adelante
Otra cualidad de esta nueva molécula es que retiene su carga durante un tiempo suficientemente largo para ser utilizada en la alimentación de reacciones químicas posteriores, un requisito indispensable para cualquier sistema completo de fotosíntesis artificial.
“Hemos identificado e implementado una pieza importante del rompecabezas.
Esperamos que esto nos ayude a contribuir a nuevas perspectivas para un futuro energético sostenible.”
Con una retención de carga de 120 microsegundos (de mil a un millón de veces mejor que antes), esto debería ser suficiente para reacciones químicas, aunque la duración ideal se mediría en segundos.
Así que, comparado con moléculas fotosensibles de carga única, o de solo un tipo de carga, probadas en experimentos anteriores, esta es la molécula más prometedora para desarrollar la fotosíntesis artificial hasta ahora.
Ajustes adicionales al diseño podrían mejorar su capacidad de operar bajo la intensidad de luz natural o de retener las cargas eléctricas por aún más tiempo.
La otra parte clave de un proceso de fotosíntesis artificial que aún falta diseñar es un pigmento con estados excitados de alta energía, así como catalizadores adecuados para proporcionar suficiente poder redox para la división del agua o la reducción de CO₂.
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| Año | Avance | Institución/Empresa | Impacto |
|---|---|---|---|
| 2015 | Generación artificial de hidrógeno | Laboratorio de Berkeley | Prueba de concepto para combustible de hidrógeno impulsado por la luz solar |
| 2020 | Catalizadores eficientes para reducción de CO₂ | Instituto de Investigación Toyota | Eficiencia mejorada de conversión de CO₂ a combustible |
| 2025 | Descubrimiento de molécula multi‑carga | Universidad de Basilea | Primera molécula que almacena cuatro cargas para la fotosíntesis artificial |
Invertir en Innovación Sostenible
DuPont
DD Gráfico de precios
DuPont es una enorme compañía química con muchos productos químicos de marca importantes, como Kevlar, Styrofoam, Nomex (protección contra incendios), Great Stuff (adhesivo de construcción), etc. Su investigación avanzada de polímeros y marcas de materiales protectores podría posicionarla para beneficiarse de tecnologías de metamateriales de doble red.
DuPont es una corporación antigua con una historia compleja de adquisiciones y, más recientemente, una serie de escisiones.
Fuente: DuPont
Estas escisiones han separado de DuPont los departamentos de nutrición y biosciencia, parcialmente vendidos a Corteva Biosciences (CTVA -0.95%), productos de titanio para formar la compañía Chemours (CC -1.05%), y movilidad.
También se separará de su negocio de productos químicos electrónicos en noviembre de 2025, pero mantendrá el segmento de agua (membranas y filtros para purificación y desalinización de agua), contrario a planes anteriores.
Fuente: DuPont
Esto dejará a DuPont como una empresa mucho más enfocada, con una actividad central en polímeros avanzados para purificación de agua y equipos de protección, así como materiales avanzados para aeroespacial, salud y vehículos eléctricos.
Fuente: DuPont
DuPont es una corporación verdaderamente internacional, con alta demanda de químicos especializados en purificación de agua y fabricación industrial.
Los sectores atendidos por los químicos de DuPont son también muy variados, incluyendo construcción, purificación de agua, la industria electrónica, automotriz, aeroespacial, salud, energía verde y producción industrial.
Fuente: DuPont
En cuanto a la fotosíntesis artificial, la compañía química está trabajando en la tecnología a través de asociaciones con el mundo académico, notablemente con la Universidad de Penn.
“El objetivo de esta investigación colaborativa es desarrollar un protocolo computacional de amplio alcance … para acelerar la selección de materiales fotoactivos que puedan dividir eficientemente el agua en hidrógeno y oxígeno.”
La fuerte presencia de DuPont en equipos de protección y la posición establecida con la marca Kevlar, un polímero de alto rendimiento, debería ayudarla a adaptar nuevas formas de metamateriales a productos comerciales. Y su presencia en energía verde debería ayudar a comercializar químicos para el eventual proceso comercial de fotosíntesis artificial.
En cualquier caso, a medida que crecen las nuevas tecnologías, así como el consumo de agua, también lo hace la demanda de los químicos avanzados producidos por DuPont.
Últimas Noticias y Desarrollos de la Acción de Dupont (DD)
Estudio Referenciado
1. Brändlin, M., Pfund, B. & Wenger, O.S. Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound. Nature. Chemistry. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x
