La fotosíntesis proporciona energía para la gran mayoría de la vida en la Tierra. Pero la clorofila, el pigmento verde que usan las plantas para recolectar la luz solar, es relativamente ineficiente. Para permitir a los humanos capturar más energía solar que la fotosíntesis natural, los científicos han enseñado a las bacteriaspara cubrirse en pequeños paneles solares altamente eficientes para producir compuestos útiles.
Los investigadores presentan su trabajo hoy en la 254ª Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society ACS.
"En lugar de confiar en la clorofila ineficiente para recolectar la luz solar, les enseñé a las bacterias cómo crecer y cubrir sus cuerpos con pequeños nanocristales semiconductores", dice Kelsey K. Sakimoto, Ph.D., quien realizó la investigación en el laboratoriode Peidong Yang, Ph.D. "Estos nanocristales son mucho más eficientes que la clorofila y se pueden cultivar a una fracción del costo de los paneles solares fabricados".
Los seres humanos buscan cada vez más alternativas a los combustibles fósiles como fuentes de energía y materias primas para la producción química. Muchos científicos han trabajado para crear sistemas fotosintéticos artificiales para generar energía renovable y productos químicos orgánicos simples utilizando la luz solar. Se han hecho progresos, pero los sistemasno son lo suficientemente eficientes para la producción comercial de combustibles y materias primas.
La investigación en el laboratorio de Yang en la Universidad de California, Berkeley, donde Sakimoto obtuvo su Ph.D., se enfoca en aprovechar semiconductores inorgánicos que pueden capturar la luz solar en organismos como las bacterias que luego pueden usar la energía para producir químicos útiles a partir de dióxido de carbonoy agua ". El objetivo de la investigación en mi laboratorio es esencialmente 'sobrecargar' las bacterias no fotosintéticas proporcionándoles energía en forma de electrones de semiconductores inorgánicos, como el sulfuro de cadmio, que son absorbentes de luz eficientes", dice Yang. "Ahora estamosbuscando más absorbentes de luz benignos que el sulfuro de cadmio para proporcionar a las bacterias energía de la luz ".
Sakimoto trabajó con una bacteria no fotosintética natural Moorella thermoacetica que, como parte de su respiración normal, produce ácido acético a partir de dióxido de carbono CO 2 .El ácido acético es un químico versátil que se puede actualizar fácilmente a una serie de combustibles, polímeros, productos farmacéuticos y productos químicos básicos a través de bacterias genéticamente modificadas.
Cuando Sakimoto alimentó a las bacterias con cadmio y el aminoácido cisteína, que contiene un átomo de azufre, sintetizaron nanopartículas de sulfuro de cadmio CdS, que funcionan como paneles solares en sus superficies. El organismo híbrido, M. termoacética -CdS, produce ácido acético a partir de CO 2 , agua y luz. "Una vez cubiertas con estos pequeños paneles solares, las bacterias pueden sintetizar alimentos, combustibles y plásticos, todo utilizando energía solar", dice Sakimoto. "Estas bacterias superan a la fotosíntesis natural".
La bacteria opera con una eficiencia de más del 80 por ciento, y el proceso se autorreplica y se regenera por sí mismo, lo que hace de esta una tecnología de cero desperdicio ". Biología sintética y la capacidad de expandir el alcance del producto del CO 2 la reducción será crucial para posicionar esta tecnología como un reemplazo, o uno de muchos reemplazos, para la industria petroquímica ", dice Sakimoto.
Entonces, ¿los híbridos inorgánico-biológicos tienen potencial comercial? "¡Espero que sí!", Dice. "Muchos sistemas actuales en la fotosíntesis artificial requieren electrodos sólidos, lo cual es un costo enorme. Nuestros biocombustibles de algas son mucho más atractivos, ya quetodo el CO 2 el aparato químico es autocontenido y solo requiere una gran tina al sol ". Pero señala que el sistema aún requiere algunos ajustes para sintonizar tanto el semiconductor como la bacteria. También sugiere que es posibleque las bacterias híbridas que creó pueden tener algún análogo natural ". Una dirección futura, si este fenómeno existe en la naturaleza, sería la bioprospección de estos organismos y su uso", dice.
Un video sobre la investigación está disponible en http://www.youtube.com/watch?v=opl5CnDA_2c&feature=youtu.be
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Sociedad Americana de Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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