Actividad De Aplicacion

Introducción

La fotosíntesis de carbohidratos es uno de los procesos más complejos que existe en la naturaleza, donde a partir de CO2 y agua, se forman estas moléculas orgánicas con el desprendimiento de di oxígeno. Las primeras cianobacterias foto sintetizadoras surgieron hace 3200-3500 millones de años y a partir de ahí todo el O2 que se encuentra presente en la atmósfera terrestre ha sido formado a partir de este proceso. La fotosíntesis en sí consta de varias etapas: En primer lugar el aparato fotosintético capta un fotón de determinada longitud de onda, el cual excita electrones dentro de las moléculas de clorofila. Posteriormente tiene lugar el proceso conocido como Fosforilación, el cual a su vez se subdivide en las siguientes fases: 1-Captura de energía en los complejos de oxidación luego de la transición cuántica que experimentan los electrones después de absorber un fotón; 2-El transporte de esta energía hasta el sitio de la fosforilación por medio de la cadena de transferencia electrónica y 3-La utilización de esta energía para formar adenosín trifosfato (ATP) y la coenzima nicotinamidadenina di nucleótido fosfato en forma reducida (NADPH2). Una vez que la planta obtiene las fuentes necesarias de NADPH2 y ATP, estas se utilizan para fijar el CO2, el cual penetra a través de los estomas (pequeños orificios que se encuentran en la superficie de la hoja), hacia la formación de carbohidratos por un mecanismo denominado ciclo de Calvin o ciclo C3. La mayoría de las plantas incorporan el CO2 directamente desde la cámara sub-estomática hacia el ciclo de Calvin por lo que son denominadas plantas C3. Existe otro grupo de plantas llamadas C4, donde el CO2 se almacena en las células del mesófilo de las hojas en forma de ácido málico (compuesto formado por 4 átomos de carbono), antes de incorporarse al ciclo de Calvin. Otro grupo de plantas posee un mecanismo de fijación similar al C4, con la particularidad de que el ácido málico se produce solo en la noche cuando las plantas abren sus estomas y realizan el ciclo de Calvin durante el día cuando poseen las estomas cerradas. Este último grupo es denominado CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Casi toda la energía que se involucra durante el proceso es aprovechada por la planta. Algunos de los modelos más usados para la simulación de la fotosíntesis tiene en cuenta factores bioquímicos para el estudio del rendimiento del sistema, tales como la actividad de la enzima Rubisco, bajo diferentes concentraciones de oxígeno molecular. El objetivo de este trabajo es proponer un modelo, que a modo de estimación de manera cuantitativa y con parámetros estandarizados, permita establecer una comparación entre los mecanismos de fotosíntesis artificial y natural. Estos parámetros están encaminados a cuantificar las cantidades de energía y dioxígeno (productos fundamentales del proceso), en función de la energía luminosa.

La fotosíntesis artificial es un proceso que quiere reproducir la fotosíntesis natural donde a partir de dióxido de carbono y agua se pueden obtener moléculas, productos orgánicos, que pueden tener un uso como combustibles (por ejemplo metano, metanol, ácido fórmico…) u obtener otras moléculas que sirvan para generar en un segundo proceso otros productos, por ejemplo gas de síntesis (una mezcla de moléculas de monóxido de carbono y moléculas de hidrógeno) base de partida para muchos procesos químicos. A los combustibles generados de esta forma se les denomina Combustibles Solares (Solar Fuels en el idioma de Shakespeare).

La tecnología aprovecha la propiedad especial de ciertos materiales, entre los que se encuentran los semiconductores, por la que son capaces de transformar la energía lumínica en energía química. Es decir transformar los fotones de la luz (solar o artificial) en moléculas como las anteriormente mencionadas que almacenan la energía en su estructura.

Cuando un fotón incide en la superficie del semiconductor da lugar a un movimiento en el que un electrón de la superficie que se encuentra en un estado de energía bajo pasa a un estado de energía alto dejando un hueco en donde estaba, la formación de estos pares electrón – hueco son los responsables de que se den las reacciones de conversión del CO2. Cuando la molécula de CO2 interacciona con la superficie iluminada del semiconductor toma un electrón o electrones para dar lugar a una molécula o moléculas más complejas, a este proceso lo llamamos reducción de la molécula de CO2. A este tipo de proceso se le denomina también reacción fotoquímica.

A la vez el hueco que queda en ese estado de energía menor al haberse movido el electrón también puede dar lugar a reacciones fotoquímicas, en este lugar se puede dar la reacción de conversión de la molécula de agua en oxígeno (a este proceso se le denomina oxidación y en él se generan no solo moléculas de oxígeno también electrones).

Mediante este proceso sencillo pero a la vez complicado de realizar somos capaces de reproducir la ecuación básica de la fotosíntesis natural, por la que CO2 se transforma en moléculas más complejas y el agua da lugar a oxígeno.

Esta tecnología, la fotosíntesis artificial, que nació en el siglo XX pero que esperamos que sea una realidad en el siglo XXI todavía tiene un camino que recorrer de investigación y desarrollo, sobre todo en relación a encontrar los materiales adecuados, semiconductores u otros, para que se den estas reacciones fotoquímicas. Estos materiales son caros de producir hoy y se necesita superficie para instalarlos a modo de placas solares como las que se utilizan para generar electricidad; pero al igual que esta tecnología de generación de electricidad ha disminuido sus costes de forma exponencial en los últimos años se espera que también lo haga la tecnología de fotosíntesis artificial.

También se está investigando la tecnología de fotosíntesis artificial para la producción de hidrógeno mediante la descomposición de agua (water splitting), uno de los combustibles del futuro.

La energía del Sol es gratis pero para que esta tecnología sea viable los materiales deben de ser económicos y tener un alto rendimiento en la conversión algo que se podrá producir si se recorre ese proceso de investigación y desarrollo. Su utilidad esta fuera de duda al dar valor a una energía de la que disponemos en todos los países y hoy por hoy está siendo poco utilizada.

Existen diferentes procesos en proyecto en esta área, todos ellos dirigidos a utilizar la energía solar para producir energía limpia y eficiente.

Los combustibles fósiles, además de escasos, contaminan y participan en el calentamiento

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