Un dispositivo híbrido que imita la fotosíntesis y combina polímeros orgánicos que captan luz con enzimas bacterianas, es capaz de transformar la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en compuestos químicos que son la base de miles de productos, desde plásticos hasta cosméticos, que utilizamos todos los días.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, presentó una “hoja” semiartificial capaz de transformar luz solar, agua y dióxido de carbono en compuestos químicos que se emplean cotidianamente a nivel industrial, en un avance que abre la puerta a procesos menos dependientes de combustibles fósiles.
De acuerdo a una nota de prensa, el dispositivo emplea polímeros orgánicos que captan la luz y enzimas bacterianas que dirigen la conversión química, “imitando” la fotosíntesis natural y produciendo formiato (formato) como producto principal. En un nuevo estudio, publicado en la revista Joule, la innovación se describe como un “fotoelectrodo biohíbrido”.
Detalles del proceso
El avance clave se encuentra en la combinación de semiconductores orgánicos, ampliamente usados en electrónica orgánica por ser ajustables y no tóxicos, y biocatalizadores extremadamente selectivos, que básicamente son enzimas capaces de convertir CO₂ en moléculas con alta fidelidad química.
Según explican los autores, es la primera vez que se usan semiconductores orgánicos como componente fotosensible en este tipo de dispositivos semiartificiales, reduciendo de esta forma la dependencia de materiales inestables o tóxicos presentes en diseños previos. En consecuencia, no solo la conversión realizada sino además el esquema de producción son más sostenibles.
Además de la elección de materiales, el diseño resuelve dos problemas prácticos que frenaban la escalabilidad de este tipo de sistemas: la estabilidad y la necesidad de aditivos. Los investigadores inmovilizaron una enzima auxiliar, la anhidrasa carbónica, dentro de una estructura porosa de dióxido de titanio, un paso que permitió que el sistema funcione en una solución simple de bicarbonato, similar al agua con gas, sin necesidad de tampones o reactivos que suelen degradar estos dispositivos. Este nuevo enfoque alargó la vida útil operativa y simplificó las condiciones de trabajo.
Resultados prometedores: un nuevo modelo sostenible para la industria química
En las pruebas de laboratorio realizadas, la hoja biohíbrida generó corrientes fotovoltaicas elevadas y logró una dirección casi perfecta de los electrones hacia las reacciones formadoras de combustible químico: el aparato operó de manera estable durante más de 24 horas, superando así la durabilidad de prototipos anteriores, y afirmó su capacidad para convertir CO₂ en formiato con selectividad y rendimiento nunca antes alcanzados.
Referencia
Semi-artificial leaf interfacing organic semiconductors and enzymes for solar chemical synthesis. Celine Wing See Yeung et al. Joule (2025). DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102165
La utilidad práctica del sistema quedó en evidencia cuando el equipo usó el formiato producido por la hoja en una reacción química en “domino”, que generó un compuesto intermedio empleado en la fabricación de fármacos, con altos rendimientos y pureza. Ese experimento demuestra que la plataforma puede integrarse con rutas químicas existentes, para producir “bloques de construcción” vitales en la industriales química y sin requerir materias primas fósiles. Las aplicaciones abarcan a los productos plásticos, cosméticos y a la industria farmacéutica, entre otros campos.
Ahora, los desafíos a superar son ampliar la vida útil más allá de días, escalar la fabricación de los materiales orgánicos fotocatalíticos y optimizar la integración con procesos industriales. Sin embargo, este trabajo plantea un modelo real para una reducción gradual del uso de combustibles fósiles en la industria química, en el cual la luz del sol y el CO₂ atmosférico se conviertan en materias primas renovables para plásticos, cosméticos y fármacos.