Un nuevo descubrimiento acorta la brecha para conseguirla

La fotosíntesis como proceso vital
A la naturaleza le tomó muchos miles o millones de años perfeccionarla, y a los seres humanos les ha costado comprenderla. Ahora, cuando la intención es recrearla para beneficiar a la humanidad, se han topado con un sinnúmero de problemas que han impedido su traslado definitivo a la realidad, pero estos obstáculos podrían ser superados en un tiempo menor, y todo gracias al descubrimiento de una propiedad del titanato de bario.

¿Qué es el titanato de bario?

Se trata de un compuesto inorgánico que se presenta en forma de polvo blanco o cristales translúcidos. Tiene propiedades ferroeléctricas y un efecto fotorrefractivo, y al tener baja conductividad eléctrica (es dieléctrico), es un aislante que se ha usado en la fabricación de condensadores eléctricos, colocado entre superficies conductoras. Asimismo, al ser ferroeléctrico, es capaz de crear potentes campos eléctricos internos con la posibilidad de cambiar sus propiedades electrónicas.

Su fórmula química es BaTiO3.

El estudio, titulado Effect of Internal Electric Fields on Charge Carrier Dynamics in a Ferroelectric Material for Solar Energy Conversion (Efecto de los campos eléctricos internos sobre el portador de carga dinámica en un material ferroeléctrico para la conversión de energía solar) y publicado en junio de 2016 en la revista Advanced Materials, indica que el titanato de bario podría ser el material ideal tanto para lograr la fotosíntesis artificial como para la creación de células solares más eficientes para la generación de energía eléctrica.

La necesidad de la fotosíntesis

El proceso químico más importante de la Tierra es realizado de manera natural solo por organismos fotosintéticos, incluidas las plantas, algunas algas y ciertas bacterias como las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazules. Como se sabe, lo que hacen las plantas es sintetizar sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica del sol. La clorofila, pigmento localizado en los cloroplastos, absorbe la energía de la luz, y entonces el proceso da inicio. El resultado principal es la liberación de oxígeno, pero antes el dióxido de carbono del aire es captado por la planta.

Además de ser un proceso vital para la supervivencia de las especies vegetales, implica la vida de los demás seres vivos, de ahí que los científicos estén muy interesados en reproducirla de forma artificial para que, del mismo modo en que ellas usan carbohidratos como combustible, los seres humanos usen un sistema de energía similar, menos contaminante pero eficaz.

Una de las principales fuentes a las que se ha volteado a ver y utilizar es la energía solar. Por medio de las células solares, la energía de nuestra estrella es captada y después transformada en energía eléctrica, sin necesidad de usar combustibles fósiles que liberan a la atmósfera una cantidad dañina de gases de efecto invernadero. Además, la energía solar es valiosa por la posibilidad de usarla para generar combustibles que pueden utilizarse en los automóviles, por medio de procedimientos similares a la fotosíntesis. Uno de estos combustibles es el hidrógeno.

Jirafas

La energía solar en la historia

Aunque hoy la vemos como una energía alternativa que poco a poco está emergiendo, lo cierto es que su uso se remonta a finales del siglo XIX, solo que sus aplicaciones tomaron más tiempo en desarrollarse. Una de las primeras personas en usar energía solar en un aparato fue el inventor estadounidense Frank Shuman, hoy considerado pionero en el campo.

Lo que hizo Shuman en 1897 fue crear un motor solar para calentar agua. Gracias a esto ganó notoriedad, lo que lo llevó a establecer la primera estación de energía solar térmica, en Egipto. Sin embargo, la I Guerra Mundial y el desarrollo de producción más barata de petróleo causaron que los avances en materia de energía solar se hicieran a un lado, hasta que en la década de 1970 hubo un resurgimiento con la necesidad de reducir las emisiones contaminantes.

¿Cómo hacer fotosíntesis?

Para que el ser humano pueda hacerlo, es necesario que 1) la luz del sol se capte de manera eficiente y 2) las moléculas del agua se dividan, y queden separados el hidrógeno y el oxígeno. Para esto se necesita un catalizador, es decir, un objeto hecho de un material que reaccione con los fotones del sol para comenzar una reacción química.

La complejidad radica en que los catalizadores usuales no son tan eficientes como se desea o son muy caros. Algunos con los que se ha tenido más éxito son el óxido de cobalto, el manganeso y el dióxido de titanio. No obstante, los investigadores encontraron una propiedad valiosa en el titanato de bario: cuando la luz incide sobre él, los electrones se separan y se mueven dentro de él al ser excitado a altos niveles, gracias a su comportamiento ferroeléctrico. En consecuencia, se produce una separación de cargas, pero poco a poco el titanato pierde energía y excitabilidad. En comparación con otros materiales, este dura más tiempo excitado, más que suficiente para que se produzca la separación del hidrógeno y el oxígeno.

¿Podría ser el titanato de bario el material con el que se logre realizar fotosíntesis artificial a gran escala? Aunque esto está por verse, es un buen candidato, pero lo más importante es el conocimiento de lo que los materiales ferroeléctricos pueden generar y cómo podrían aprovecharse en la producción de celdas solares.

Fuentes

http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/news_22-6-2016-16-0-56

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601238/full

http://science.howstuffworks.com/environmental/green-tech/energy-production/artificial-photosynthesis1.htm

http://web.stanford.edu/group/mota/education/Physics%2087N%20Final%20Projects/Group%20Gamma/photo.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/Barium_titanate