Fotosíntesi artificial: La química i el seu paper en el nostre futur energètic

Actualment, un tema que desperta grans passions tant a la societat com a la comunitat científica és el debat sobre el canvi climàtic i el desenvolupament d’energies renovables. El gran avantatge de les energies renovables és que teòricament són inesgotables (llum solar, vents, etc), i que moltes d’elles no emeten gasos d’efecte hivernacle, com el diòxid de carboni (CO₂), a l’atmosfera.

Malauradament, el cost de l’energia obtinguda a partir d’aquestes tecnologies és encara molt superior al cost associat a l’ús de combustibles fòssils, com el carbó o el petroli, fet que en dificulta el seu ús generalitzat. Un altre inconvenient important, però, és l’elevat cost associat a l’emmagatzament d’aquesta energia, ja que la producció d’energia a partir d’aquestes fonts, sovint irregulars o aleatòries, difícilment es pot sincronitzar amb la demanda generada per la societat.

En aquest context, un camp de recerca que desperta gran interès actualment és l’anomenada fotosíntesi artificial. La idea bàsica és la de desenvolupar dispositius que siguin capaços de replicar el procés natural que realitzen plantes i bacteris. És a dir, el dispositiu no es limitaria a captar energia solar i convertir-la en electricitat (com una cel·la fotovoltaica), sino que usaria aquesta energia per tal de convertir aigua i diòxid de carboni en oxigen i carbohidrats. El gran avantatge, doncs, radica en el fet que l’energia es podria enmagatzemar fàcilment, ja que el procés produeix un combustible (els carbohidrats), no pas electricitat, de la mateixa forma que les plantes emmagatzemen la glucosa que generan a través de la fotosíntesi. Una altra possibilitat igualment atractiva consisteix  en usar l’energia solar per a dissociar aigua en oxigen i hidrògen, de forma que en aquest cas el combustible seria l’hidrògen.

El mes passat vaig assistir a un interesant conferència organitzada per la Universitat de Leiden (Païssos Baixos), que mitjançant el títol “Modelling natural and artificial photosynthesis”, tenia com a objectiu impulsar contactes entre investigadors que treballen en diverses àrees relacionades amb aquest tema. Principalment, els temes de discussió es van centrar en dos aspectes: 1) la comprensió dels mecanismes de captura de llum en proteïnes fotosintètiques procedents de plantes i bacteris, per tal de replicar la seva extraordinària eficiència en sistemes artificials, i 2) el desenvolupament de catalitzadors que permetin generar el combustible desitjat usant l’energia solar capturada. Tots dos aspectes representen reptes de primer ordre, que necessiten de la col·laboració de químics procedents d’àmbits molt diferents (síntesi, modelització teòrica, tècniques d’espectroscopia electrònica, etc) per tal d’arribar a dispositius eficients i econòmicament viables.

A la meva intervenció, vaig exposar el treball teòric que duc a terme a la Universitat de Girona, enfocat a entendre com l’estructura molecular (atòmica) de les proteïnes fotosintètiques regula i controla els processos de captura de llum. Podeu accedir a les presentacions de la majoria dels ponents, inclosa la meva, des de la web del congrés:

Modelling natural and artificial photosynthesis: Presentations