Fotosíntesis artificial

Vivir del aire

actualidad — por el 06/02/2019 a las 13:11

El científico argentino Víctor Batista, quien hace más de dos décadas trabaja en Estados Unidos, visitó el país para participar de un congreso en el que se discutieron nuevas formas de almacenamiento de energía. En esta charla con Nexciencia, vaticinó que en los próximos años habrá una economía basada en hidrógeno para automóviles y para fuentes de alto consumo.

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Víctor Batista.

Víctor Batista.

Víctor Batista es físico químico especializado en química teórica. Se graduó en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y partió a Estados Unidos. en 1991. Allí se doctoró en Boston y comenzó una carrera científica que hoy lo encuentra en la Universidad de Yale como uno de los principales exponentes de fotosíntesis sintética a nivel mundial.

De paso por Buenos Aires, Batista afirma que se puede producir electricidad de forma limpia y renovable gracias a la imitación de la fotosíntesis de las plantas. También, que existe la posibilidad de generar la misma gasolina que utilizamos habitualmente pero a partir del aire, sin contaminar más el ambiente. En un futuro cercano, es posible que se puedan desarrollar dispositivos que, mediante esta tecnología, se autogeneren la electricidad que necesitan para funcionar.

– ¿Cómo resumirías tu línea de trabajo?

– Me especializo en estudios computacionales y teóricos de reactivos químicos y de reacciones y mecanismos. Es un tema que cubre un rango muy amplio de problemas y uno de esos es el de la conversión de energía solar en reactivos químicos, incluyendo combustibles.

– ¿Cómo es posible obtener combustible sin partir de fuentes como el petróleo?

– A partir de unas celdas fotocatalíticas que generamos ya es posible obtener hidrógeno u otras formas de combustible. Por ejemplo, se puede reducir el dióxido de carbono y generar metanol, y a partir del metanol se puede generar gasolina. Entonces, ésta sería una forma de generar la misma gasolina que utilizamos habitualmente pero a partir del aire. Sin contaminar más el ambiente de lo que ya está. Es una forma que se denomina “carbono neutral”, porque no se incrementa el impacto de carbono.

– ¿Las emisiones de dióxido de carbono seguirían estando?

– Sí, en los mismos niveles. Pero se reutilizaría lo que ya está en el aire para generar combustible. Ése es uno de los motivos por los que se estudia cómo utilizar estas celdas: para la reducción de dióxido de carbono, metanol e hidrocarburos. Esto es en el cátodo, en lugar de generar hidrógeno, se puede generar gasolina a partir de dióxido de carbono. Y para cualquiera de estas reacciones de formación de combustibles hacen falta electrones. Y esos electrones tienen que venir de una fuente abundante y renovable porque consumimos mucha energía. Por eso el agua es la opción ideal. Porque hay mucha agua y, si se regenera, entonces sería sostenible.

"A partir de celdas fotocatalíticas es posible obtener hidrógeno u otras formas de combustible sin partir de hidrocarburos".

“A partir de celdas fotocatalíticas es posible obtener hidrógeno u otras formas de combustible sin partir de hidrocarburos”.

– Entonces, existe una posibilidad concreta de tener una fuente de energía sustentable y limpia a partir del sol que podría abastecer la demanda de electricidad.

– Sí, y en un futuro no muy lejano.

– ¿En qué consisten esas celdas fotocatalíticas en las que el proceso tiene lugar?

– Se comienza a nivel molecular, diseñando la molécula. Lo que hacemos es fijarnos primero cómo lo hacen las plantas, porque la naturaleza ya ha diseñado moléculas que absorben luz de forma muy eficiente, como las moléculas de clorofila, y entonces usamos el estudio de fotosíntesis natural para informarnos sobre cómo hacer moléculas parecidas a las que se encuentran en las hojas de las plantas y que funcionen en forma similar. Lo que tratamos de entender es el funcionamiento de los sistemas fotosintéticos para poder hacer sistemas sintéticos mucho más simples pero que operan con los mismos principios.

– ¿Ese trabajo culmina en algún dispositivo?

– Sí, en una celda fotovoltaica. Es como una celda solar que recibe luz y genera electricidad pero con la diferencia de que en una celda solar convencional, como puede ser una de pigmentos, hay una molécula que se reduce y se oxida en forma reversible para transferir la carga que se genera en el cátodo al ánodo. Eso es lo que se denomina un par redox, un par de óxido-reducción. Es reversible porque de un lado de la celda se consume y del otro se genera y así se cierra el circuito logrando generar electricidad a partir del sol. En las celdas fotocanalíticas que desarrollamos nosotros, esa celda par redox se reemplaza por una reacción química. Esto significa que en el ánodo se le saca electrones al agua y como sub-producto se obtiene oxígeno y protones. Y en el cátodo, en lugar de regenerar la redox, se utilizan los electrones para generar hidrógeno a partir de los protones. Entonces, el hidrógeno es una forma de combustible porque se puede hacer reaccionar con el oxígeno para formar agua. Y en ese proceso se genera mucha energía porque el agua es mucho más estable que el hidrógeno y el oxígeno por separados.

– ¿Es de esta forma que se puede llegar a reemplazar el combustible?

– Sí. Por ejemplo, las celdas solares son muy útiles, están bastante impuestas y por supuesto van a seguir contribuyendo mucho al problema de energía reemplazando a los combustibles por energía solar. Pero tienen el problema de que funcionan solo de día. Si uno quiere utilizarlas en forma no intermitente tiene que almacenar energía. Entonces, hay dos opciones: una es cargar baterías durante el día o utilizar la energía solar para bombear agua y almacenar el agua en un dique y, eventualmente, utilizar la energía almacenada allí. La otra es generar combustible, por ejemplo, hidrógeno, con energía solar. Y ya podemos hacer eso con un 10% de eficiencia utilizando celdas solares convencionales y electrocatalizadores, que utilizan electricidad para generar hidrógeno y oxígeno a partir de agua. Pero los electrocatalizadores actuales están basados en materiales muy caros que no permiten que esto escale al nivel de la demanda de energía que tenemos actualmente. Entonces, uno de los caminos de investigación es hacerlo directamente, sin generar electricidad primero, sino combustible inmediatamente en el proceso de absorción solar y en la misma celda fotocatalítica.

– ¿Actualmente hay una utilización de fuentes de energía con este tipo de tecnología?

– Claro, electrocatálisis de agua para la generación de hidrógeno. En California están instalando grandes estaciones de hidrógeno. En China también. Hay muchísimo interés. En los próximos años veremos una economía basada en hidrógeno para automóviles y para fuentes de alto consumo. Pero el asunto es que todo ese esfuerzo actual está basado en la generación de combustible a partir de electricidad. Entonces, parte de la electricidad se puede generar con paneles solares pero, como dije recién, el objetivo científico y tecnológico que todavía no está resuelto es cómo generar hidrógeno directamente a partir de agua y sol.

– Este desarrollo tecnológico, entonces, podría impactar en la utilización masiva de electricidad de los hogares, el combustible de los autos y cualquier otro tipo de uso cotidiano.

– Sí, básicamente la producción de energía podría ser más distribuida. Por ejemplo, no sólo cada edificio, o cada casa, o cada automóvil, sino cada dispositivo, como la calculadora o el teléfono, podrían hacer uso de este tipo de conversión de energía. También a nivel de infraestructura urbana se podrían transformar las maneras en que se abastecen de energía las comunidades y las distintas industrias y fuentes de consumo.

– ¿Cada dispositivo podría ser su propia fuente de energía?

– Sí. Y uno lo puede pensar a todo nivel. La forma de purificar agua, la forma de hacer funcionar automóviles. Hay muchos diseños y muchas formas en que eso se podría desarrollar incluso como una oportunidad de negocios. Es una oportunidad de comercio y de generación de trabajo. En Estados Unidos la industria de energía solar produce más oportunidades de trabajo que la industria del petróleo en este momento. En China, por ejemplo, se han reducido significativamente las emisiones de dióxido de carbono. Han decidido resolver el problema de la contaminación ambiental al considerarlo un problema de estabilidad política. Es muy interesante que el gobierno se haya dado cuenta de que, para ser un gobierno estable, debe preocuparse por el medio ambiente.

En Estados Unidos hay 46 centros de investigación subsidiados por el Departamento de Energía que trabajan sobre estas líneas de investigación.

“En Estados Unidos hay 46 centros de investigación subsidiados por el Departamento de Energía que trabajan sobre estas líneas de investigación”.

– ¿Hay apoyo financiero para desarrollar estas líneas de investigación?

– Sí. En Estados Unidos. hay muchísimo apoyo. Hay 46 centros de investigación recientemente subsidiados por el Departamento de Energía. Cada uno con veinte grupos de investigación integrados por científicos de muchas universidades. Son centros que están distribuidos por todo el país y que funcionan desde hace más de diez años. Actualmente, estamos en el tercer ciclo de cinco años cada uno. Estados Unidos ha liderado este desarrollo de energía alternativa, pero el esfuerzo es mundial. En Japón y en Europa también hay una presencia muy fuerte de este tema. Yo estuve participando de los comités de evaluación de proyectos europeos y hay muchos grupos de investigación muy buenos, como por ejemplo, el de Antoni Llobet, que es uno de los líderes en el desarrollo de catalizadores para la oxidación de agua.

– ¿Cómo ves esta línea de investigación en Argentina?

– Muy poca gente trabajando en fotosíntesis. Y muy poca gente integrada con el objetivo de hacer investigación en energía y, particularmente, en energías renovables. Incluso, lo que veo es que muchos de los investigadores que trabajan en temas que son parte de la solución o de los componentes que hay que resolver no los presentan como parte de un proyecto de energía. O no se dieron cuenta de que pueden contribuir al respecto.

– En líneas generales y desde el exterior, ¿qué pensás de la situación actual del campo científico en nuestro país?

– La formación científica argentina es muy buena. De hecho tengo dos investigadores excelentes en mi grupo que son egresados de Exactas UBA. En los últimos diez años, por lo que pude ver en las conferencias internacionales con participación de grupos argentinos, se notaba una mejora significativa. Ahora escucho que el programa actual es terrible. Es un problema muy serio que puede afectar mucho al futuro desarrollo del país. Y el problema es que los países que no subsidian la investigación básica, la tecnología y la educación son países pobres. Y los países que sí lo hacen son países ricos. Entonces, lo que está pasando es una política que lleva a la pobreza, no sólo intelectual, sino económica. Toda la comunidad científica está muy preocupada. Las revistas científicas más importantes que hay, que son Science y Nature, han publicado artículos de preocupación por las decisiones actuales de reducción de subsidios en Argentina. De todas formas, una de las cuestiones más favorables con las que cuenta Argentina es tener una representación de científicos de primer nivel en el exterior. Hay una lista muy amplia de gente que puede ayudar mucho.

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