Pensándolo bien...

Desde siempre, ha cautivado a la Humanidad la capacidad de las plantas para sintetizar sus ingredientes vitales a partir de la luz solar. Inicialmente, se configuró la idea de que las plantas tomaban su biomasa del suelo directamente. En el siglo XVII, von Helmont realizó un experimento con un sauce para concluir descartando la antigua hipótesis. Comprobó que un sauce que, inicialmente, tenía un peso de 2,27 kilogramos, tras cinco años pasó a pesar 67,7 kilogramos, aun cuando el peso del suelo circundante solamente había disminuido 57 gramos. De aquí dedujo que la mayor parte del peso, debía proceder del agua. Muy razonable propuesta, cuando se ignoraba la existencia de los gases. Priestley en 1772 realizó un experimento introduciendo un ratón, una vela y una ramita de menta en una campana de vidrio, herméticamente sellada. Cuando solamente encerraba el ratón y la vela, consumían el aire. Cuando se añadía la planta “revivía” el aire. En 1700, Ingenhousz y Senebier, identificaron que el aire “revivía” durante el día y que era el dióxido de carbono el que capturaban las plantas. En 1776, Lavoisier identificó que eso que se denominaba “aire revivido” era un gas: el oxígeno, que había sido aislado unos años antes, de forma independiente, por  Scheele (1742-1786) y  Priestley (1733-1804); pero no fueron capaces de interpretar apropiadamente su comportamiento químico.

La cuestión a dilucidar era el mecanismo capaz de generar el oxígeno. Engelmann, realizó un experimento empleando las algas Spirogyra e identificó que producían el oxígeno en las partes azul y roja del espectro. Es decir, de los numerosos pigmentos que forman parte de las plantas y que todos aceptan algunas partes del espectro de la luz visible, el pigmento fotosintético era el clave, aceptando la radiación de las regiones azul y roja del espectro. Captando esos tipos de radiación, la que no absorbían resultaba ser la verde, fundamentalmente, y al reflejarla otorgaba el color verde (azul-verde) propia de la clorofila, que es el que percibimos.

Blackman en 1905 identificó que, cuando la intensidad de la luz es baja, un aumento de temperatura no tiene efecto en el rendimiento de la fotosíntesis pero lo contrario no se cumple. Propuso la ley de los factor4s limitantes según la cual, cuando un proceso depende de varios factores, la intensidad del mismo o su velocidad, queda determinada por el factor que se encuentre en menor proporción, hasta que agotado, pasa a ser limitante otro. La consecuencia era que luz y temperatura no son totalmente independientes. Incluso se puede pensar en un orden: 1) luz, y 2) temperatura. Esto implica la sucesión de dos etapas: una en relación con la intensidad de la luz (luminosa) y una segunda enzimática, independiente de la luz y relacionada con la temperatura (oscura). Ciertamente, la etapa que depende la luz y del agua, produce oxígeno y energía en forma de ATP. Las reacciones de la etapa enzimática que tiene que ver con el dióxido de carbono y el agua, y que, tomando la energía de la etapa primera, acaban produciendo carbohidratos.

Las plantas las conocemos, principalmente, como productoras de su propio alimento, mediante la fotosíntesis y capaces de obtener la energía para fabricar su alimento a partir de la luz solar, que es la fuente primara de energía para todos los ecosistemas de la Tierra. Pero, también pueden servir como fuente de oxígeno y, desde luego, como decoración, pero ahora añaden al largo elenco de utilidades, el que pueden ser fuente de electricidad. Colectando los electrones, que de forma natural son transportados a través de las células de las plantas, los investigadores han logrado generar electricidad que forma parte, por tanto, de las células solares biológicas. Se ha publicado recientemente en ACS Applied Materials & Interfaces, el uso, por primera vez, de plantas suculentas para crear células biosolares vivas, capturando la electricidad asociada a la fotosíntesis.

La fotosíntesis es la denominación del conjunto de reacciones mediante las cuales, la energía solar es transformada en energía química. La energía lumínica activa el transporte de electrones desde las moléculas capaces de darlos a las que los aceptan. Este transporte de electrones genera un gradiente de protones que potencia la producción de la molécula de ATP y la energía se almacena también en forma de coenzima reducida, NADPH. Esta energía es la que posteriormente se emplea en el ciclo de Calvin para producir azúcar y, en general, hidratos de carbono.

En las células vivas, desde las bacterias y hongos, hasta plantas y animales, los electrones forman parte natural de los procesos bioquímicos. Consecuentemente, si se introducen electrodos, las células pueden convertirse en generadores de electricidad susceptible de utilizarse externamente. Ya se han propuesto células de combustible a partir de bacterias, pero los microbios hay que alimentarlos constantemente. Ahora se focaliza la atención directamente en la fotosíntesis. Adir y col. partiendo de que la luz genera un flujo de electrones a partir del agua y finalmente acaba en la producción de oxígeno de hidratos de carbono, lo que significa que las células vivas están produciendo constantemente un flujo de electrones que pueden encauzarse y ser empleados en un circuito externo. Es un proceso idéntico al de las células solares de la captación fotovoltaica, con la única diferencia de que la procedencia es la de las células vivas de las plantas.

Las plantas suculentas se dan en entornos áridos. Su cutícula, que es gruesa, retiene agua y nutrientes. Shlosberg y col. han adoptado la plantas suculenta Corpuscularia lehmannii,  para generar corriente eléctrica a partir de células vívas, empleando la disolución de agua y nutrientes de éstas como solución de electrolito de una célula electroquímica. Es una planta de entre 20 y 30 centímetros de altura, con hojas gruesas que crecen en pares opuestos, de color gris verdoso y con flores amarillas, similares a margaritas de unos 4 centímetros de diámetro. Se le conoce, popularmente, como planta de hielo. Es nativa de Sudáfrica y se propaga por división, esquejes o semillas.

Los investigadores han introducido un ánodo de hierro y un cátodo de platino en las hojas de la planta y obtuvieron una diferencia de potencial de 0,28 V. Conectando un circuito llegaron a obtener una densidad de corriente de hasta 20 µA/cm² de corriente continua, expuesta a la luz diurna. Las cifras para la diferencia de potencial y densidad obtenidas son inferiores a las de una batería alcalina, pero excelentes para una hoja solo. Se trata de asociar en serie múltiples hojas para lograr una diferencia de potencial más elevada. También, el proceso implicado en la brioproducción de corriente eléctrica, sugiere que los protones producidos en la disolución interna de las hojas se podrían combinar para producir hidrógeno gas en el cátodo y se podría emplear en otros usos externos.

Se trata de la más genuina energía verde producida hasta la actualidad. La sostenibilidad, desde el punto de vista ambiental, está asegurada y su origen garantiza no ya una imitación de un proceso natural, sino directamente dar uso a una producción natural de energía. Otra cosa es que, en la introducción de uso de forma generalizada, habrá que analizar la supervivencia de las plantas, y como industrializar los equipamientos para que resulten comercialmente apropiados. Hemos desarrollado plantas solares de semiconductores y algo de experiencia tenemos para esta nueva forma de obtener energía que la Naturaleza, en este caso, no solo inspira, sino nos presta para su utilización.