Estudio teórico de la química de espines aplicada a organismos fotosintéticos para su eventual uso como fuente de energía

Abstract

Durante muchos años el consumo de combustibles fósiles, como principal fuente de energía, ha liberado grandes cantidades de gases de efecto invernadero, lo que ha generado cambios significativos en las condiciones climáticas y una búsqueda de fuentes de energía alternativas. La simulación de los procesos fotosintéticos a partir del uso y aprovechamiento de organismos biológicos es una opción cada vez más viable para obtener energía. No obstante, en el desarrollo de estas tecnologías, se hace omisión del aporte que la química de espines puede brindar en la comprensión y optimización de la fotosíntesis artificial. Gracias al estudio de la técnica conocida como Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es posible evaluar el papel que la química de espines tiene en el desarrollo de los procesos fotosintéticos. Mediante una revisión bibliográfica exhaustiva de fuentes primarias y secundarias, apoyadas en entrevistas con expertos internacionales, se ha efectuado un análisis del papel que la química de espines tiene en una serie de organismos que realizan el proceso de fotosíntesis. Al analizar varios espectros de RMN en estado sólido de los centros de reacción de los cloroplastos de ciertas plantas y bacterias, que han sido expuestos a iluminación continua, se han encontrado densidades electrónicas significativas en sitios moleculares específicos. Esta información, junto a un análisis de una serie de proyectos en los que se han desarrollado prototipos para obtener energía mediante fotosíntesis artificial, permite concluir que es necesario (y justificado) considerar a la química de espines como un actor clave para la optimización de los procesos y estudios en fotosíntesis artificial y, por tanto, vital en un proceso de obtención de energía.

For many years the consumption of fossil fuels, as the main source of energy, has released large amounts of greenhouse gases, which has generated significant changes in climate conditions and a constant search for alternative energy sources. The simulation of photosynthetic processes through the use and exploitation of biological organisms is a viable option for obtaining energy. However, in the development of these technologies, the contribution that spin chemistry can provide in the understanding and optimization of artificial photosynthesis has been omitted. Thanks to the study of the technique known as Nuclear Magnetic Resonance (NMR) it is possible to evaluate the role that spin chemistry has in the development of photosynthetic processes. Through an exhaustive literature review of primary and secondary sources, supported by interviews with international experts, an analysis of the role of spin chemistry in a number of organisms that perform the process of photosynthesis has been performed. By analyzing several solid-state NMR spectra of the reaction centers of chloroplasts in certain plants and bacteria -which have been exposed to continuous illumination- significant electronic densities have been found at specific molecular sites. This information, together with an analysis of a series of projects in which prototypes have been developed to obtain energy through artificial photosynthesis, allows us to conclude that it is necessary (and justified) to consider the chemistry of spines as a key actor for the optimization of the processes and studies in artificial photosynthesis and, therefore, vital in a process of obtaining energy.