Nueva capa de conversión de energía para las células biosolares
Las proteínas fotosintéticas pueden convertir la energía de la luz en otras formas de energía. Los investigadores quieren hacer esta tecnología utilizable para la producción industrial de combustibles, por ejemplo.
Un bioelectrodo con el complejo proteínico Fotosistema I bajo irradiación con luz roja para medir la respuesta de la fotocorriente
© Felipe Conzuelo
Un equipo de investigación de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), junto con colegas de Lisboa, ha producido un electrodo semi-artificial que podría convertir la energía de la luz en otras formas de energía en las células biosolares. La técnica se basa en la proteína de fotosíntesis Photosystem I de las cianobacterias. El grupo demostró que podían acoplar su sistema con una enzima que utilizaba la energía lumínica convertida para producir hidrógeno.
Para el trabajo, el grupo RUB formado por Panpan Wang, el Dr. Fangyuan Zhao, el Dr. Julian Szczesny, el Dr. Adrian Ruff, el Dr. Felipe Conzuelo y el Profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica cooperaron con el equipo formado por Anna Frank, el Profesor Marc Nowaczyk y el Profesor Matthias Rögner de la Cátedra de Bioquímica de Plantas así como colegas de la Universidade Nova de Lisboa.
Peligro de cortocircuito
El Fotosistema I es parte de la maquinaria de la fotosíntesis en las cianobacterias y las plantas. Con la ayuda de la energía de la luz, puede separar las cargas y así generar electrones de alta energía que pueden ser transferidos a otras moléculas, por ejemplo a los protones para la producción de hidrógeno.
En trabajos anteriores, los científicos de Bochum ya habían utilizado el complejo fotosistema I de proteínas recolectoras de luz para diseñar electrodos para células biosolares. Para ello, cubrieron un electrodo con una monocapa del fotosistema I. En estas monocapas, los fotosistemas no están apilados uno encima del otro, sino que se encuentran uno al lado del otro en el mismo plano. El fotosistema I, sin embargo, suele aparecer como un trimer, es decir, tres fotosistemas siempre están unidos entre sí. Como los trimers no pueden estar apilados muy juntos, aparecen agujeros en la monocapa, lo que puede provocar cortocircuitos. Esto perjudica el rendimiento del sistema. Fue precisamente este problema el que los científicos resolvieron en el presente trabajo.
Los agujeros en la capa del fotosistema se taparon
En la cianobacteria Thermosynechococcus elongatus, el fotosistema I existe principalmente como un trimer. Utilizando una nueva técnica de extracción, los investigadores pudieron aislar adicionalmente monómeros del organismo, creando un fotosistema I monocapa en el electrodo en el que los monómeros rellenaban los agujeros entre los trimers. De esta manera, redujeron los efectos del cortocircuito. El sistema alcanzó densidades de corriente dos veces mayores que un sistema formado sólo por trimers.
Para mostrar para qué podía usarse en principio la técnica, los científicos la acoplaron a una enzima hidrogenasa que producía hidrógeno usando electrones proporcionados por el fotosistema. "El trabajo futuro se dirigirá hacia un acoplamiento aún más eficiente entre el fotosistema monocapa y los biocatalizadores integrados para realizar biosistemas prácticos para la conversión de la energía solar", anticipan los autores en su publicación.
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