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Juan Carlos GilJosé EdelsteinFrancis VillatoroHéctor Socasciencia replica fotosíntesis artificialenergía solar productos químicoscélulas fotovoltaicas baterías eficienciafotosíntesis artificial fujishima e inoueproceso energónico fotosíntesis artificialcompuestos simples a complejos fotosíntesisfotosíntesis artificial enlaces químicosluz solar como fuente energíaagua dador electrones fotosíntesisoxidantes sacrificiales reacción fotosíntesisfotosíntesis artificial síntesis orgánicanature communications artículo febreroshogo mori primer autor naturesusumu saito pope universidad nagoyafotocatálisis técnicas sintéticas avanzadasJuan Carlos GilJuan CarlosShogo MoriNature CommunicationsRiku HashimotoTakashi HisatomiKazunari DomenSusumu SaitoTierraFrancis VillatoroPremio NobelLa PlataCO2FujishimaInouedécada de los 70figura 4figura 1Premio SeñalFotosíntesis Artificial Orientada a la Síntesis OrgánicaNature CommunicationUniversidad de SagoyaTokioOtosíntesis artificialPOSHéctor Socas
Células sintéticas con Fotosíntesis Artificial
Con
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Juan Carlos Gil explica el objetivo de la ciencia: replicar artificialmente la fotosíntesis para capturar la energía solar y convertirla en productos químicos.
…parte de la vida; lo quería expresar así porque las instrucciones para llevar a cabo la fotosíntesis están embebidas en el material genético que los organismos fotosintéticos pasan de padres a hijos. Bueno, por toda esta maravilla que he escrito rápidamente. pues la ciencia anhela replicar la fotosíntesis de forma artificial. Un término que, en este caso para ser concreto, significaría tomar energía del sol y capturarla en forma de productos químicos. A diferencia de las células fotovoltaicas que también mencionaba antes, que lo que hacen es capturar la energía del sol y almacenarla en forma de energía química en las baterías, típicamente se genera electricidad y se mete en forma de energía química, con lo cual hay más pasos y menor eficacia. Los trabajos pioneros fueron en la década de los 70 en fotosíntesis artificial por Fujishima e Inoue y definieron, para saber de qué estamos hablando, la fotosíntesis artificial como un proceso que satisface cuatro criterios: Primero, que se trate un proceso energónico; segundo, que convierta algunos compuestos simples en otros más complejos. Digamos que estos dos primeros criterios son condiciones no negociables, ¿no? Si no vaya fotosíntesis más pobre, ¿no? Significa que el proceso almacena energía en enlaces químicos. Esa es la gracia. Bueno, el tercer criterio es que esta energía venga de la luz solar y el cuarto criterio que se use agua como dador de electrones Hay trabajos previos que han avanzado en este sentido pero en general lo hacen de forma, si me permitís, sucia, ¿no? Bien utilizando oxidantes distintos del agua, oxidantes sacrificiales que llamamos, que se consumen de forma irremediable en la reacción, lo ¿Cuál no es elegante o bien congenerando residuos, cositas de bajo valor energético o sintético, pues que también hace que la cosa no tenga futuro, vale? Y es en este contexto en el que aparece el artículo del que os quiero hablar: fotosíntesis artificial orientada a la síntesis orgánica, se llama, publicado el 27 de febrero de este año en Nature Communications y firmado por Shogo Mori como primer autor, Riku Hashimoto, Takashi Hisatomi y Kazunari Domen, como autores centrales, y Susumu Saito, como autor de correspondencia; es el pope del grupo de la Universidad de Nagoya y lleva un montón de años estudiando técnicas sintéticas, técnicas de síntesis avanzadas, en particular mediante fotocatálisis. Otras entidades de filiación, aparte de la Universidad de Nagoya, son la Universidad de Shinshu y la de Tokio: aquí es un full equip de Japón. El objetivo de estos señores era... Perdona, Juan Carlos: estamos a punto de llegar al final de la cara A. ¿Puedes hacerle un resumen con la conclusión más relevante para los oyentes que solo vayan a escuchar el bloque A y no vayan a escuchar los detalles en…
Significado #1 · Palabras #7
Héctor Socas introduce el tema del día, propuesto por Juan Carlos, relacionado con un artículo publicado en Nature Communications sobre fotosíntesis sintética o artificial.
Habla: Héctor SocasSignificado #14 · Palabras #2fotosíntesis sintética nature communicationsshogo mori fotosíntesis artificialproducción energía y oxígeno…tazita que tiene mi nombre debajo. Sí, sí, sí. Uy, sabes cómo debe estar ahora en Ebay cotizando eso. Exacto, lo estará vendiendo en ebay. Bueno, teníamos que se nos habían quedado temas pendientes de semanas anteriores; una de ellas era el de este artículo. ¿Qué salió que Juan Carlos nos había propuesto que lo tenemos aquí para tratar hoy? A ver si lo veo: salió en Nature Communications de Shogo Mori y colaboradores sobre fotosíntesis sintética, fotosíntesis artificial. Parece un poco redundante lo de fotosíntesis sintética, artificial; digamos lo que viene a ser producir energía y oxígeno. No, ahora lo cuento, que tiene mucha gracia de mi punto de vista Bueno, la fotosíntesis, nadie se le escapa, es una de las innovaciones biológicas más trascendentales Posiblemente en la historia de la Tierra, su aparición transformó la atmósfera de Cabo a…
Juan Carlos Gil explica el objetivo de la ciencia: replicar artificialmente la fotosíntesis para capturar la energía solar y convertirla en productos químicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #7ciencia replica fotosíntesis artificialenergía solar productos químicoscélulas fotovoltaicas baterías eficienciafotosíntesis artificial fujishima e inoueproceso energónico fotosíntesis artificialcompuestos simples a complejos fotosíntesisfotosíntesis artificial enlaces químicosluz solar como fuente energíaagua dador electrones fotosíntesisoxidantes sacrificiales reacción fotosíntesisfotosíntesis artificial síntesis orgánicanature communications artículo febreroshogo mori primer autor naturesusumu saito pope universidad nagoyafotocatálisis técnicas sintéticas avanzadas…parte de la vida; lo quería expresar así porque las instrucciones para llevar a cabo la fotosíntesis están embebidas en el material genético que los organismos fotosintéticos pasan de padres a hijos. Bueno, por toda esta maravilla que he escrito rápidamente. pues la ciencia anhela replicar la fotosíntesis de forma artificial. Un término que, en este caso para ser concreto, significaría tomar energía del sol y capturarla en forma de productos químicos. A diferencia de las células fotovoltaicas que también mencionaba antes, que lo que hacen es capturar la energía del sol y almacenarla en forma de energía química en las baterías, típicamente se genera electricidad y se mete en forma de energía química, con lo cual hay más pasos y menor eficacia. Los trabajos pioneros fueron en la década de los 70 en fotosíntesis artificial por Fujishima e Inoue y definieron, para saber de qué estamos hablando, la fotosíntesis artificial como un proceso que satisface cuatro criterios: Primero, que se trate un proceso energónico; segundo, que convierta algunos compuestos simples en otros más complejos. Digamos que estos dos primeros criterios son condiciones no negociables, ¿no? Si no vaya fotosíntesis más pobre, ¿no? Significa que el proceso almacena energía en enlaces químicos. Esa es la gracia. Bueno, el tercer criterio es que esta energía venga de la luz solar y el cuarto criterio que se use agua como dador de electrones Hay trabajos previos que han avanzado en este sentido pero en general lo hacen de forma, si me permitís, sucia, ¿no? Bien utilizando oxidantes distintos del agua, oxidantes sacrificiales que llamamos, que se consumen de forma irremediable en la reacción, lo ¿Cuál no es elegante o bien congenerando residuos, cositas de bajo valor energético o sintético, pues que también hace que la cosa no tenga futuro, vale? Y es en este contexto en el que aparece el artículo del que os quiero hablar: fotosíntesis artificial orientada a la síntesis orgánica, se llama, publicado el 27 de febrero de este año en Nature Communications y firmado por Shogo Mori como primer autor, Riku Hashimoto, Takashi Hisatomi y Kazunari Domen, como autores centrales, y Susumu Saito, como autor de correspondencia; es el pope del grupo de la Universidad de Nagoya y lleva un montón de años estudiando técnicas sintéticas, técnicas de síntesis avanzadas, en particular mediante fotocatálisis. Otras entidades de filiación, aparte de la Universidad de Nagoya, son la Universidad de Shinshu y la de Tokio: aquí es un full equip de Japón. El objetivo de estos señores era... Perdona, Juan Carlos: estamos a punto de llegar al final de la cara A. ¿Puedes hacerle un resumen con la conclusión más relevante para los oyentes que solo vayan a escuchar el bloque A y no vayan a escuchar los detalles en…
Francis Villatoro explica cómo se está aplicando la fotosíntesis artificial a la síntesis orgánica, lo cual tiene implicaciones para la industria farmacéutica y el desarrollo de futuros fármacos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5fotosíntesis artificial eficientecatalizadores clave gracia fotosíntesisescala comercial fotosíntesis industrialnobel fotosíntesis artificialfotosíntesis artificial síntesis orgánicaindustria farmacéutica futuros fármacosimpacto fotosíntesis artificial saludhidrógeno útil fotosíntesis artificial…de estos señores era... Perdona, Juan Carlos: estamos a punto de llegar al final de la cara A. ¿Puedes hacerle un resumen con la conclusión más relevante para los oyentes que solo vayan a escuchar el bloque A y no vayan a escuchar los detalles en el bloque B? Desde luego, estos autores consiguen, según su definición, la fotosíntesis artificial de forma muy eficiente; digamos que es un caso un poquito particular. Es el único pero que le pongo yo al trabajo: utiliza unos compuestos de partida concretos, pero si eso, si encuentran catalizadores, que es la clave de la gracia, que permite utilizar otros compuestos para hacer esto mismo y esto escala de forma comercial, de forma industrial; son dos peros relativamente grandes, pero en mi opinión si esas dos cosas se dan estaríamos a las puertas de un Nobel, en mi opinión. O sea que es de primera magnitud. Claro, son dos "if" muy grandes, ¿vale? Pero a mí me ha encantado. La gran novedad es que se aplica la fotosíntesis artificial a la síntesis orgánica, porque hasta ahora todos los trabajos se habían orientado a la síntesis inorgánica y la síntesis orgánica es la que tiene implicaciones en la industria farmacéutica, es decir, en futuros fármacos para la salud. Ese es el mensaje que deben de quedarse los oyentes: que esto puede tener impacto en la salud. Sin generar residuo, solamente hidrógeno, que encima se utiliza de forma útil, y sin generar guarrerías. O sea, está fenomenal. Luego lo detallo un poquito más. Pero esto tiene inercia, que es lo importante. Madre mía. Bueno, pues venga, lo dicho, vamos a hacer una pausita: aquí termina la cara A de este episodio número 510 de Coffee Break. Si nos están escuchando por la radio, recuerden que pueden seguir la conversación, pero la cara B está En el podcast nos tienen que buscar en el podcast en internet, ¿vale? Así que nada, nos vemos ahora en la Cara B. Venga, hasta luego. Chao, chao. Chao. Muy…
Juan Carlos Gil continúa explicando los criterios para la fotosíntesis artificial, añadiendo una quinta condición a los cuatro criterios clásicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #4fotosíntesis artificial fetenartículo nature communication sagoya tokio shinshusíntesis orgánica compuestos orgánicos funcionalesobjetivos autores fotosíntesis artificialfotosíntesis sintética criterios clásicosproductos fotosíntesis artificial útilessubproducto fotosíntesis artificial no energéticogas hidrógeno subproducto fotosíntesis artificialfotosíntesis natural devuelve oxígenohidrógeno vector energético almacenablecélulas de combustible generan electricidadcombustión del hidrógeno produce aguaotosíntesis artificial posescalabilidad industrial otosíntesisproceso fotosíntesis artificialdiagrama fotosíntesis artificial gilfase luminosa reacción fotosíntesis naturalfigura 1 artículo fotosíntesis artificial…En el podcast nos tienen que buscar en el podcast en internet, ¿vale? Así que nada, nos vemos ahora en la Cara B. Venga, hasta luego. Chao, chao. Chao. Muy Gracias por seguirnos acompañando. Comenzamos aquí la cara B de este episodio, y estaba Juan Carlos explicándonos este paper, que según él es prácticamente un candidato a Premio Señal con esta fotosíntesis artificial que proponen los autores. Así es, el artículo se llama Fotosíntesis Artificial Orientada a la Síntesis Orgánica; no se puede hacer más compacto y mejor, el título es al grano. Había mencionado los autores: Nature Communication, Universidad de Sagoya y Tokio, y Shinshu. Estaba buscando mis notas, y bueno, su objetivo era conseguir la fotosíntesis artificial FETEN, sin liberar guarrerías y haciendo las cosas súper chulas, generando compuestos orgánicos funcionales de alto valor, lo comentaba Francis, y sin residuos; eso es lo que querían. Entonces lo que hacen es coger los cuatro criterios clásicos, si quieres, por usar la palabra clásica de forma un poco abusiva, de la fotosíntesis sintética que mencionaba antes, añaden la coletilla a uno de ellos de que los productos generados no han de ser cualquier cosa, ya vale, sino que sean útiles, ¿vale? E imponen una nueva condición, la quinta condición, que en lugar de generar residuos no energéticos, el subproducto que debería Tener su definición es gas hidrógeno, o sea, ni más ni menos, como subproducto gas hidrógeno que nos viene fenomenal. Obviamente la fotosíntesis natural devuelve oxígeno, Héctor, pero aquí vamos a buscar hidrógeno, viene fenomenal, lo sabéis; el hidrógeno es un vector energético decente, es almacenable de aquella forma, pero se puede almacenar, es útil tanto para generar electricidad en células de combustible como combustible propiamente dicho en combustión y cuando se quema produce de nuevo agua, o sea, que te la puedes beber. Así que está fenomenal como residuo con muchas comillas; y Bautizan a esta técnica que proponen explorar exactamente igual que el título del artículo Otosíntesis artificial orientada a la síntesis orgánica a POS, por sus siglas en inglés. Hay una sexta condición, si queréis, subyacente, que no meten en el mix pero es muy relevante y muy deseable, obviamente, y es que este proceso sea escalable a nivel industrial, que no se quede en el laboratorio. El esquema del proceso y de los antecedentes. Están en la figura 1, que tiene una parte A arriba con dos diagramas. El de la izquierda es la fotosíntesis natural y el de la derecha corresponde a su após. En ambos se ve la parte de la izquierda de cada uno de los diagramas es la fase luminosa de la reacción que permite escalar la barrera de energía. libre de Gibbs haciendo la fotolisis del agua y luego la fase oscura está a la derecha con una ganancia en el caso de la fotosíntesis natural de 2.880 kilojulios por mol de glucosa producida. No es fácil partir la molécula de agua. En el caso de la pos de la…
Juan Carlos Gil explica los detalles técnicos de un artículo sobre fotosíntesis artificial, describiendo cómo dos fotocatalizadores actúan como clorofila sintética para lograr la carbohidroxilación de un doble enlace.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #9fotocatalizadores como clorofila sintéticacarbohidroxilación de doble enlacegrupo hidroxilo del aguaalcohol funcionalizado con r…grupo que se llama vinilo CH doble enlace CH2. En realidad no utilizan estireno tal cual, sino derivados, con un grupo funcional colgando, que es la zeta, sustituyendo un hidrógeno, es la zeta del diagrama. Y esto lo hacen pasar por una combinación en tándem. De dos fotocatalizadores, la piedra angular del artículo, que actúan, si queréis, como clorofila sintética. Bajo irradiación de luz van a conseguir la carbohidroxilación de este doble enlace; este término químico significa la rotura del enlace doble y la fijación en los dos bracitos colgando que se nos quedan en un lado de un grupo alquilo, es la R del diagrama y en el otro lado un grupo hidroxilo, grupo OH que viene del agua. Una vez que se fija este hidroxilo en una molécula orgánica se convierte en un alcohol, con lo cual el producto final es un alcohol funcionalizado con esta R que Puede ser en principio cualquier cosa. Y todo este lío con evolución de hidrógeno, que lo recoges en una campanita invertida por debajo de la reacción y tienes ahí energía en web, o sea, súper chulo. La parte B, abajo de la figura 1, compara su post con las…
Juan Carlos Gil señala una limitación del artículo sobre fotosíntesis sintética artificial, cuestionando si su reacción puede adaptarse a otros compuestos además del estireno y si será escalable.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10reacción fotosíntesis sintética artificialestireno en reacción fotosintéticaradicales centrados en carbono gildióxido de titanio plata irradiación ultravioletatitanato de estroncio dopado división agua…funcionalizados y porque han tenido la habilidad y en mi opinión también un poco de suerte, pero hay que estar trabajando en el laboratorio para llegar a ello, de dar con la combinación de catalizadores adecuados y lo decía como conclusión de la parte A, la Única pega de este artículo, por otra parte excelente, es saber si seremos capaces de adaptar su reacción a otras cosas que no utilicen estireno y si lo haremos escalable. Esto no lo discuten; posiblemente habrá nuevos artículos que lo evolucionen. Bueno, lo adelantaba también: el nudo gordiano de la reacción es precisamente la combinación de dos catalizadores, uno de dos fotocatalizadores, uno que han desarrollado ellos mismos en estudios previos para generar radicales centrados en carbono, que es esto que va a permitir abrir el enlace doble, usan dióxido de titanio cargado con plata bajo irradiación con luz cercana al ultravioleta y otro de otros autores que permite la división eficiente del agua con evolución de hidrógeno y en este caso es un titanato de estroncio dopado. Con aluminio y cargado con radio, cromo y cobalto, también con luz solar y en un caso, lo comentaré luego; se utilizan luz ultravioleta y en un caso para demostrar que la cosa funciona utilizan luz solar. Otra nota química, si queréis, ambos catalizadores he…
Juan Carlos Gil reflexiona sobre el potencial de la fotosíntesis artificial orientada a la síntesis orgánica como una alternativa química del futuro.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #11síntesis tercenadina rendimiento 38reacción fotosíntesis artificial antihistamínicofigura 4 artículo síntesis fármacofotosíntesis artificial síntesis orgánicacombustibles orgánicos pequeños francismoléculas orgánicas simples agua luzhidrógeno gratis subproductoseconomía atómica química verdequímica futura sostenibilidadfotosíntesis natural base bioenergética tierraescalar fotosíntesis alternativa química…luz solar simulada, pero tienen una tasa de reacción equivalente. Tercero, muy chulo, bueno, pues utilizan agua marcada, agua marcada con isótopo 18 del oxígeno para ver dónde acaba este isótopo y efectivamente la grandísima mayoría va al alcohol del. Producto final y luego como ejemplo de potencial sintético real que da color al artículo, quizá no era necesario pero mola; bueno, pues producen un medicamento, ¿no? Hacen con esta reacción un antihistamínico, la tercenadina, con un rendimiento de estos que os estoy hablando del 38% hoy, pues está fenomenal. De nuevo todo esto se recoge en la figura 4 para quien esté interesado y finalmente un par de páginas del artículo con toda esta evidencia acumulada anteriormente proponen. un mecanismo de la reacción que es muy interesante desde el punto de vista químico pero que obviamente no es para un podcast, quien esté interesado, ahí están esas dos páginitas Pues voy concluyendo, este trabajo no solo amplía el campo de la fotosíntesis artificial desde la mera producción anterior, sucia si queréis, de cosas inorgánicas como decía Francis, pero también de combustibles orgánicos pequeños, se conseguía hacer, es que lo amplía a la síntesis orgánica, usando agua, luz, solar y moléculas orgánicas simples para construir compuestos de interés, además liberando hidrógeno de gratis como subproductos, me hace mucha gracia cuando utilizan esta palabra para el hidrógeno. Y no solo consiguen esto, sino que le hacen respetando los principios de la economía atómica, un principio de la química verde que mide cuán bien los átomos de los reactivos se utilizan en productos, en este caso es óptimo, y la eficiencia energética del proceso. Si la fotosíntesis natural fue, digamos, la base bioenergética de la vida en la Tierra, pues tal vez esta fotosíntesis artificial orientada a la síntesis orgánica, ¿por qué no? Si se logra escalar, pues sea la química del futuro, más verde, más limpia, en definitiva más alineada con la sostenibilidad. Si la fotosíntesis natural fue motor de vida en la Tierra, puede que Ésta sea motor de nuestra vida en la Tierra, de la vida del humano de forma compatible con el medioambiente. Ojalá. Bueno, os decía, en mi opinión, esto es un artículo desde luego merecedor de Nature of Science; no sé por qué ha acabado en Nature…
Francis Villatoro reflexiona sobre la importancia de la fotosíntesis artificial, recordando que aunque la fotosíntesis natural ya ha sido reconocida con el Premio Nobel, su versión artificial aún no lo ha sido.
Habla: Francis VillatoroSignificado #20 · Palabras #8fotosíntesis artificial sin premio nobelpremio nobel fotosíntesis años 80estructura tridimensional molécula fotosíntesis…no ha recibido un premio novela Entonces, no sé si lograrla en compuestos orgánicos será el motor, pero bueno, si esto tiene éxito y en los próximos años se avanza bastante, es posible que reciba un premio Nobel este trabajo y los trabajos que vengan, ¿no? Porque se está proponiendo, digamos, un nuevo paradigma en lo que es la fotosíntesis artificial, pero eso hay que recordar que la fotosíntesis sí ha recibido premio Nobel, pero la artificial todavía no. ¿Y a quién dieron el Nobel de la fotosíntesis? Fue en los 80, no me acuerdo quién. Explicando el mecanismo de no sé qué molécula de una de las moléculas de la fotosíntesis se caracterizó la estructura tridimensional y eso ofrecía un mecanismo que más tarde se confirmó que era. Un mecanismo relevante, pero no recuerdo ahora el detalle, ni el nombre, ni la molécula concreta. Porque se lo tendrían que haber dado a las cianobacterias. Justo te iba a decir, que se lo ha dado a la planta o a las cianobacterias. Bueno, había que elegir…
Juan Carlos Gil explica que en la fotosíntesis artificial se ha logrado evitar la producción de oxígeno, generando hidrógeno en su lugar, lo cual resulta beneficioso y no implica un balance.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7oxígeno y co2 en fotosíntesis artificialrespiración celular de plantas noche díaproducción fotosíntesis excede consumofotosíntesis artificial sin oxígenoproducción hidrógeno fotosíntesis artificialbalance en fotosíntesis artificial juan carlos gil…y CO2 se mantiene, ¿esta otra artificial cómo se mantiene? Bueno, hay que decir que no se mantiene el balance entre oxígeno y CO2, ¿verdad Juan Carlos? Se produce más por el día y por la noche no es fotosíntesis, por otra parte, es la respiración normal, ¿no? Creo que lo exprese mal, las plantas consumen oxígeno como todos los organismos anaerobios, haciendo su respiración celular todo el rato, tanto de día como de noche Tienen que hacer energía para sus cosas de planta, lo que pasa que durante el día hacen fotosíntesis y obviamente la producción exceden mucho al consumo Repito, las plantas consumen oxígeno todo el rato, también es algo que a los niños les sorprende Y luego la fotosíntesis artificial de la que estamos hablando es que no se produce oxígeno; hemos conseguido no producir oxígeno, si quieres, hemos producido hidrógeno que nos viene fenomenal, no hay balance. Hizo la pregunta muy al principio de la exposición y todo eso ha quedado, creo, más claro después. A ver, una pregunta de la que yo me desmarco porque no entiendo, de Thomas Vila ¿Se podría hacer una ecuación del tipo Wheeler-Debit empleando en lugar del Amovit -Denser-Missner-ADM el formalismo BSSN, Baumarte, Shapiro, Shibata y Nakamura? Sería más…