La luz solar, el recurso energético más grande para la producción de alimentos

MÉXICO.- Durante cientos de millones de años, las plantas han aprovechado la luz solar para crecer, dar frutos y en consecuencia, dar sustento a la humanidad, lo que a la postre permitió el desarrollo de las civilizaciones.

Se calcula que fue hace 485 millones de años, que las algas verdes se apoderaron de la tierra, convirtiéndose así, en las primeras plantas terrestres llamadas briofitas o como de manera coloquial las denominamos musgos.

Es gracias al prodigioso proceso de la fotosíntesis, como se producen alimentos a partir de la luz solar. Con la energía solar –como principal recurso energético– las plantas convierten el agua y el dióxido de carbono absorbidos, en azúcar simple, llamada glucosa, la que actúa como su fuente de alimento.

A pesar no tener el mismo reconocimiento –que tienen otros recursos– lo cierto es que la luz solar y la energía que genera, es la fuente de toda la vida en la tierra; y a menos que suceda una catástrofe inesperada en el universo –muy al estilo de Hollywood- lo seguirá siendo por al menos los siguientes cinco mil millones de años, que es la expectativa de vida que le dan los científicos al sol.

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En las últimas décadas, se ha fortalecido la idea de que el conocimiento generado a partir de la luz, es esencial para  hacer  frente a los desafíos que se presentan en diversos ámbitos, tales como el desarrollo sostenible, el energético, la medicina, las comunicaciones y por supuesto, la generación de alimentos.

Es así que, los trabajos sobre aplicaciones de la ciencia y la tecnología de la luz solar han seguido centrándose –por una parte– en el tema de la fotosíntesis, esa gran maquinaria de la naturaleza que produce alimentos, con el fin de conducir el proceso de manera más eficiente, es decir, hacerlo mejor que las plantas.

LA HOJA BIÓNICA

Uno de estos estudios es el realizado por un equipo de científicos de la Universidad de Harvard, liderados por la Dra. Pamela Silveer y el Dr. Daniel G. Nocera, quienes han logrado replicar el proceso de la fotosíntesis de manera artificial a través de lo que han llamado “la hoja biónica”. Es un sistema que utiliza la energía del sol mediante hojas artificiales –que son láminas de metal formadas por compuestos químicos– que actúan como catalizadores y que sirven para dividir las moléculas de agua con bacterias que se alimentan de hidrógeno y que son capaces de sintetizar biomasa.

En un primer momento, este mecanismo de la biología sintética buscaba generar un combustible menos contaminante. Sin embargo, los investigadores encontraron que sus aplicaciones podían ser mayores.

Descubrieron que con el mismo sistema, pero con el uso de la bacteria Xanthobacter, es posible que ésta almacene el hidrógeno como bioplástico. Una vez que el microorganismo es depositado en el suelo, toma el nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico almacenado para conducir el ciclo de fijación y producir amoniaco para la fertilización de cultivos.

Imaginemos el logro que significaría generar el fertilizante en el mismo lugar donde tenemos el cultivo. En laboratorio han hecho pruebas con rábanos, y de acuerdo con los resultados obtenidos, los vegetales que recibieron el fertilizante derivado de la hoja biónica pesan 150% más que los cultivados de forma tradicional. Esto tiene que ver indudablemente con el fertilizante, pero también, a decir de los propios científicos, por la eficiencia fotosintética que se alcanza con la hoja biónica.

FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL

De igual forma, otro grupo de científicos de la Universidad de California en Riverside y Delaware, liderados por el Dr. Roberto Jinkerson, han encontrado una manera de eludir la fotosíntesis biológica y con ello, la posibilidad de producir alimentos independientes de la luz solar a través de un sistema híbrido inorgánico-biológico, al que han llamado fotosíntesis artificial.

Parten de la idea de que si bien la fotosíntesis es la base de la cadena alimentaria del mundo, al mismo tiempo, es un proceso ineficiente. Se calcula que la mayoría de las plantas pueden transformar la luz solar y el CO2 en biomasa vegetal, con una eficiencia de conversión de energía en el que sólo se aprovecha 1% del total de la luz. Por lo tanto, se requieren grandes extensiones de tierra para que los cultivos puedan  capturar la energía solar necesaria para proporcionar alimentos a la humanidad.

Frente a este hecho, buscaron identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera romper con los límites impuestos por la fotosíntesis biológica. Para tal efecto desarrollaron un aparato –llamado en el argot científico electrolizador– que es capaz de convertir el dióxido de carbono en moléculas y generar con ello productos útiles. En este caso, los investigadores emplearon el sistema de electrolizadores para optimizar la producción de acetato –o ácido acético, componente del vinagre– el que fue utilizado como nutriente y alimento para el crecimiento de ciertos vegetales.

Es así que demostraron que una amplia gama de organismos productores de alimentos se pueden cultivar en la oscuridad valiéndose del acetato. En los primeros experimentos se trabajó con algas verdes, levadura y algunos hongos. De acuerdo a los científicos, producir algas con esta tecnología es aproximadamente 4 veces más eficiente que cultivarlas fotosintéticamente; mientras que la producción de levadura es aproximadamente 18 veces más eficiente energéticamente que la forma en que normalmente se cultiva, a partir de la azúcar extraída del maíz.

En tanto que una serie de experimentos posteriores logró demostrar, en condiciones de laboratorio, que muchas otras plantas de cultivo     –como la lechuga, el tomate, el tabaco, el arroz, la canola y el guisante– pueden utilizar también el acetato para la producción de biomasa y energía.

Para los investigadores, al liberar a la agricultura de la dependencia total del sol, la fotosíntesis artificial abre la puerta a innumerables posibilidades para cultivar alimentos en condiciones cada vez más difíciles impuestas por el cambio climático, incluso, este nuevo método podría proporcionar alimentos para futuros exploradores espaciales.

Lo interesante de este sistema es que para producir el acetato, utilizan electricidad generada por energía fotovoltaica, es decir, la luz solar.

INSISTITUIBLE

Amos Oz –el escritor israelí- ha dicho que uno de los grandes retos de la escritura es hablar de la importancia de la luz: “Es un desafío describir en palabras lo que la luz puede hacer a los objetos y cómo la luz puede conectar diferentes objetos o separarlos o cambiarlos. Es todavía más difícil mostrar con palabras que los objetos no tienen existencia sin la luz. La luz les da su existencia.”

Sin suda tiene razón, la luz es incluso para la ciencia y para estas tecnologías que se están desarrollando, la eterna insustituible, ya que más allá de las posibilidades que ofrecen para un uso energético más eficiente, lo cierto es que ambas, siguen utilizando este gran recurso que nos ha dado el cosmos. Tanto la hoja biónica, como la fotosíntesis artificial, recurren en algún momento de sus procesos a la luz solar, lo que indica que a pesar de estos avances, sigue siendo insustituible.