Un equipo de científicos liderado por Katharina Brinkert, de la Universidad de Warwick, en Reino Unido, analiza en un nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature Communications, los últimos avances en el campo de la fotosíntesis artificial como un aspecto crucial para la sostenibilidad de futuras colonias humanas en otros planetas.
Un proceso único
Como indica Brinkert en un artículo de su autoría publicado en The Conversation, la fotosíntesis es una parte integral del funcionamiento de la Tierra: facilita a las plantas y otros organismos transformar la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en dos elementos centrales para la vida: el oxígeno y la energía. Sin embargo, cuando la humanidad se plantea la búsqueda de lugares para explorar y asentarse en el cosmos, queda claro que el proceso de la fotosíntesis no se encuentra tan fácilmente en forma natural en otros mundos.
Aunque ya existen formas de producir oxígeno mediante el reciclaje de dióxido de carbono en la Estación Espacial Internacional (ISS), la mayor parte proviene de un proceso llamado “electrólisis”, que utiliza la electricidad de los paneles solares de la estación para dividir el agua en gas hidrógeno y gas oxígeno. También posee un sistema separado, que convierte el dióxido de carbono en agua y metano.
Sin embargo, estas tecnologías son poco fiables, ineficientes, pesadas y difíciles de mantener, por eso se vuelven inviables pensando en su aplicación en otros mundos. Teniendo en cuenta esto, la búsqueda de sistemas alternativos que puedan emplearse en la Luna y en viajes a Marte se ha vuelto primordial, considerando que se proyectan viajes tripulados a ambos destinos para los próximos años.
La fotosíntesis artificial es más eficiente
Una posibilidad es recolectar energía solar, que es abundante en el espacio, y usarla directamente para la producción de oxígeno y el reciclaje de dióxido de carbono en un solo dispositivo. El único otro “ingrediente” necesario en un dispositivo de este tipo sería el agua, simulando el proceso de fotosíntesis que ocurre en la naturaleza. Estos sistemas de “fotosíntesis artificial” evitarían configuraciones complejas, donde los dos procesos de recolección de luz y producción química están separados.
Además, los dispositivos de fotosíntesis artificial podrían operarse a temperatura ambiente y soportando las presiones que se encuentran en Marte y en la Luna. Eso significa que podrían utilizarse directamente en esos hábitats, usando el agua como recurso principal y reduciendo la dependencia de elementos provenientes desde la Tierra.
Los científicos destacaron la presencia de agua helada en el cráter lunar Shackleton, que es un sitio de aterrizaje anticipado en futuras misiones lunares. Este recurso podría emplearse directamente en dispositivos de fotosíntesis artificial, facilitando la operatoria. En Marte, en tanto, la atmósfera se compone de casi un 96 % de dióxido de carbono, otro punto que parece ideal para un dispositivo de fotosíntesis artificial.
Incluso, aunque la intensidad de la luz en el planeta rojo es más débil que en la Tierra, debido a la mayor distancia al Sol, esto no representaría un problema: según Brinkert y sus colegas, los cálculos de la intensidad de la luz solar disponible en Marte muestran que efectivamente es posible usar estos dispositivos en territorio marciano, apoyándose en el impulso extra que ofrecen los espejos solares.
Una llave para la expansión humana en el cosmos
De acuerdo al nuevo estudio, se podría usar la energía térmica adicional liberada durante el proceso de captura de energía solar para catalizar o encender en forma directa las reacciones químicas, acelerando todo el proceso. Por si esto fuera poco, el cableado y el mantenimiento podrían reducirse significativamente, disminuyendo costes e incrementando la eficiencia.
Según los científicos, las predicciones del rendimiento de tales dispositivos integrados de “fotosíntesis artificial” para aplicaciones en la Luna y Marte arrojan excelentes resultados. Vale aclarar que en lugar de clorofila, que es responsable de la absorción de luz en plantas y algas, estos dispositivos utilizan materiales semiconductores, que pueden recubrirse directamente con catalizadores metálicos simples para potenciar la reacción química buscada.
La exploración humana del espacio profundo se enfrenta a múltiples desafíos, como el funcionamiento fiable, eficiente y sostenible de los sistemas de soporte vital o el desarrollo de atmósferas más amigables para la vida: frente a esto, la producción de oxígeno y otros productos químicos, así como el reciclaje de dióxido de carbono a bordo de las naves espaciales y en los hábitats, es un aspecto trascendental que debemos dominar para las misiones espaciales a largo plazo. De acuerdo a esta nueva investigación, la fotosíntesis artificial podría brindar un aporte crucial para el logro de este propósito.
Referencia
Assessment of the technological viability of photoelectrochemical devices for oxygen and fuel production on Moon and Mars. Byron Ross, Sophia Haussener and Katharina Brinkert. Nature Communications (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-38676-2
