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Según los expertos estamos utilizando 10 veces más energía que hace un siglo para producir todo aquello que necesitamos. Y el consumo sigue creciendo a elevado ritmo. El pasado año 2010 la Humanidad utilizó 550 exajulios de energía; 550 trillones de julios o 13.140 millones de toneladas equivalentes de petróleo. El 80% de esa energía salió de las entrañas de la tierra en forma de gas natural, carbón o petróleo; la segunda fuente con un 11,3% fueron los biocombustibles, sobre todo la leña. Solo el 5,5% fue aportado por las centrales nucleares, mientras que la hidroeléctrica proporcionó el 2,2% y otras fuentes renovables el 0.4%. Así que tenemos un creciente problema: cada vez consumimos más energía, pero nuestras principales (con mucho) fuentes son el petróleo y el carbón, recursos que se gastan al usarlos. Y lo que es peor, las fuentes renovables son un porcentaje mínimo del consumo. Necesitamos nuevas fuentes de energía que nos permitan crecer. Y para algunos científicos la clave está en imitar a nuestras viejas amigas las plantas en su captura de energía solar. Imitar, y quizá mejorar, porque la fotosíntesis natural tiene un rendimiento menor del 1%. ¿Y si inventamos una fotosíntesis artificial capaz de crear combustible a partir de la energía solar con mejor eficiencia?

Las plantas toman energía solar, la concentran y la utilizan para separar el hidrógeno del oxígeno del agua; el oxígeno es liberado y el hidrógeno se une a otra molécula para crear combustible químico. Este combustible es utilizado por las plantas para construir y mantener sus propios cuerpos, para crecer y reproducirse. A lo largo de eones los vegetales han convertido enormes cantidades de energía solar de esta manera. Y parte de ella ha quedado atrapada en estratos geológicos y se ha convertido en nuestros combustibles fósiles: carbón, gas natural, petróleo. Todo esto con una tasa de captación por debajo del 1%. Pero ¿qué ocurriría si fuésemos capaces de duplicar la fotosíntesis en un sistema artificial más eficiente, más sencillo de automatizar y de industrializar? ¿Qué ocurriría si pudiésemos crear combustibles a partir de la energía solar directamente, sin necesidad de pasar primero por las fases de planta y carbón o petróleo?

Varios equipos están trabajando en ello. El grupo dirigido por el profesor Richard Cogdel, de la Universidad de Glasgow, trata de replicar mediante técnicas de biología sintética los procesos químicos básicos de la fotosíntesis, pero eliminando los compromisos que se derivan del metabolismo para conseguir que sea más eficiente convirtiendo luz en material biológico. El objetivo es crear 'hojas artificiales', sistemas de producción en los que el sol ilumine mezclas de sustancias químicas que aprovechen su energía para crear combustible líquido a partir de agua y del dióxido de carbono atmosférico, como hacen las plantas. De este modo sería posible crear una infraestructura energética neutra en emisiones de CO2 y completamente sostenible.

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Pero hay otras vías. La proteína más abundante de la biosfera es conocida como RuBisCO, cuyo nombre completo es ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa. Su misión es clave en el proceso de la fotosíntesis vegetal, ya que se encarga del primer paso en el proceso que transforma dióxido de carbono y agua en azúcares ricos en energía. Es la molécula de la que depende toda la vida en la Tierra, la productora primaria de energía biológica. Esto explica que constituya entre el 30 y el 50% del contenido proteínico de las hojas de las plantas. Y sin embargo es ridículamente ineficiente: mientras otras enzimas son capaces de realizar miles de reacciones por molécula y por segundo la RuBisCO tan sólo puede fijar entre 3 y 10 moléculas de dióxido de carbono en este tiempo. Su lentitud se convierte en el principal cuello de botella del proceso fotosintético, y por eso muchas plantas fabrican tan enormes cantidades. Esta lentitud puede haber evolucionado en respuesta a factores licitantes del metabolismo celular. El equipo del profesor Howard Griffiths, de la Universidad de Cambridge trabaja en mejorar la eficiencia del RuBisCO modificando ciertos sistemas de mejora que utilizan algunas algas para acelerar la productividad de la enzima bañándola en CO2. Si estos trucos bioquímicos pudiesen introducirse en algas unicelulares su capacidad de conversión de luz solar en combustible se multiplicaría.

En otras ocasiones el problema es de desacople. Ciertas cianobacterias son capaces de captar mucha más energía solar de la que sus mecanismos biológicos pueden transformar en azúcares útiles, y se ven así obligadas a deshacerse del exceso. Pero otras bacterias disponen de 'convertidores' más eficientes, aunque no pueden captar tanta luz. La solución podría estar en conectar los sistemas captadores de esas cianobacterias con los sistemas de producción biológica de las bacterias más eficientes, creando así un proceso mucho más eficaz. El equipo de la profesora Anne Jones de la Universidad el Estado de Arizona intenta crear estas conexiones entre células de especies diferentes para conducir la energía a donde mayor provecho pueda sacarse.

Estas vías de investigación no son las únicas. Hay incluso una empresa llamada Joule Unlimited que afirma disponer de una versión preliminar de fotosíntesis artificial capaz de producir combustible diésel. Si el proceso es viable y puede industrializarse y en especial si se puede mejorar la paupérrima tasa de conversión que deja en nuestros tanques de combustible una ínfima fracción de la energía solar capturada originalmente, muchos de nuestros problemas energéticos se podrían resolver. Con las consecuencias que ello tendría en el equilibrio mundial de fuerzas. La fotosíntesis artificial podría, literalmente, cambiar el mundo. Y estamos en ello.