Ciencia de los Materiales
Proteínas fotosintéticas para reemplazar al silicio en células solares
Un nuevo método permite la integración muy eficiente de proteínas fotosintéticas en un sistema fotovoltaico. En cierto modo es como crear una hoja semiartificial de árbol que trabaja más rápido que la fotosíntesis natural.
La técnica creada por químicos y biólogos de la Universidad del Ruhr en Bochum, Alemania, ofrece una nueva estrategia de aprovechamiento de luz solar que produce tasas de transferencia de electrones que exceden por vez primera a las tasas observadas en la fotosíntesis natural. El descubrimiento abre la posibilidad de construir hojas semiartificiales que funcionen como dispositivos fotovoltaicos con un rendimiento drásticamente aumentado.
En las hojas, el fotosistema 1 absorbe luz y su energía es utilizada esencialmente para la conversión de dióxido de carbono en biomasa. Los dispositivos fotovoltaicos, mayormente construidos a partir de semiconductores basados en el silicio, también aprovechan la luz solar para producir electricidad. Un enfoque de diseño para el desarrollo de sistemas fotovoltaicos más baratos y renovables consiste en reemplazar el semiconductor con los complejos aislados de proteína de membrana de la fotosíntesis. El equipo de Matthias Rögner aisló un fotosistema 1 altamente estable a partir de una cianobacteria termófila que vive en aguas termales en Japón. Sin embargo, la integración de este componente natural en dispositivos artificiales se ha venido enfrentando a un reto importante: El fotosistema 1 muestra dominios tanto hidrófilos como hidrófobos, que complican su inmovilización sobre electrodos.
Los equipos de Nicolas Plumeré y Wolfgang Schuhmann desarrollan materiales complejos conductores de electrones, concretamente hidrogeles redox, con propiedades que los habilitan para responder a ciertos estímulos. Los investigadores instalaron un fotosistema 1 en esta matriz artificial y pudieron ajustar con la precisión necesaria el medio local de las proteínas fotosintéticas naturales. Las propiedades hidrófobas e hidrófilas del hidrogel pueden ser controladas por el cambio de pH y fueron ajustadas según las necesidades hidrófobas del fotosistema. Este ambiente diseñado a la medida proporciona las condiciones óptimas para el fotosistema 1. Este procedimiento consigue las fotocorrientes más altas observadas hasta la fecha para biofotoelectrodos semiartificiales, excediendo la tasa de transferencia de electrones que observamos en la naturaleza por un orden de magnitud.
![[Img #22455]](upload/img/periodico/img_22455.jpg)
Esta mejora incrementa la eficiencia del concepto biofotovoltaico inicial de la Universidad del Ruhr en Bochum desde el rango del nanovatio al del microvatio. A corto plazo, los sistemas fotovoltaicos basados en el silicio aún superarán en rendimiento a los biodispositivos en cuanto a estabilidad y eficiencia. Sin embargo, las aplicaciones iniciales de los sistemas biofotovoltaicos no se superponen con los de sus homólogos semiconductores. En particular, podrían usarse para energizar dispositivos médicos de tamaño microscópico, tales como sensores implantados en lentes de contacto. En el futuro, el fotosistema proporcionará la base para el desarrollo de células solares flexibles baratas que se puedan aplicar en superficies irregulares.
