La calidad del aire interior es un problema creciente, especialmente en áreas urbanas, donde las personas pasan gran parte de su tiempo en espacios cerrados. Las concentraciones elevadas de dióxido de carbono (CO2) están relacionadas con problemas de salud. Los métodos tradicionales de mitigación, como la ventilación, resultan cada vez menos efectivos. Hay también quien utiliza plantas naturales para reducir los niveles de CO2, pero su eficiencia es limitada.
Ante este desafío, un equipo de investigadores de la Universidad de Binghamton, en Nueva York, ha desarrollado una solución sorprendente: plantas artificiales activadas por cianobacterias. Este avance no solo mejora la calidad del aire, también genera oxígeno y bioelectricidad, ofreciendo un enfoque plenamente sostenible frente a los retos ambientales actuales.
Reducen los niveles de CO2 del interior hasta en un 90%, frente al 10% que logran las plantas naturales
El innovador sistema imita el proceso de fotosíntesis natural, pero con una eficiencia significativamente mayor. Según se recoge en el artículo publicado por sus ‘inventores’ en ‘Advanced Sustainable Systems’, las plantas artificiales son capaces de reducir los niveles de CO2 en interiores hasta en un 90%, pasando de 5.000 a 500 ppm (partes por millón). En comparación, las plantas naturales solo logran una disminución del 10%.
El proceso comienza con la conversión de CO2 y agua en oxígeno mediante cianobacterias integradas en hojas artificiales que contienen cinco células solares biológicas que generan electricidad aprovechando los electrones liberados durante la fotosíntesis.
La eficiencia de las plantas naturales para purificar el aire en interiores es muy limitada. / Getty Images
El sistema alcanza un voltaje de circuito abierto de 2,7 V (voltios) y una potencia máxima de 140 µW (microvatios). Además, utiliza hidrogeles microporosos, mejorados con nanopartículas de óxido de hierro (Fe₂O₃), para capturar CO₂ y optimizar la transferencia de electrones.
Solución ecológica y accesible
«Después de la pandemia de covid-19, comprendimos mejor la relevancia de la calidad del aire interior», expone Seokheun ‘Sean’ Choi, líder del proyecto, quien alerta de que los materiales de construcción, las alfombras y otras fuentes internas pueden liberar compuestos tóxicos que agravan la acumulación de CO₂, especialmente en espacios cerrados.
El diseño de las plantas artificiales permite una operación completamente autónoma y libre de mantenimiento, gracias a un sistema de suministro de agua y nutrientes que emula los procesos de transpiración y capilaridad de las plantas naturales. Esto las convierte en una «solución ecológica y accesible«, especialmente en entornos urbanos donde la calidad del aire suele ser más deficiente, destacan los autores.
Entre las ventajas más destacadas de las plantas artificiales se encuentran:
- Purificación eficiente del aire. Reducción significativa de los niveles de CO₂, lo que mejora la calidad del aire y contribuye a la salud de los habitantes del espacio.
- Generación de oxígeno. Incremento en los niveles de O₂ en interiores, pasando de 13,2 a 22,9 ppm. Casi el doble.
- Producción de bioelectricidad. Aunque todavía limitada, la electricidad generada puede alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo.
El equipo de investigación reconoce que aún queda trabajo por hacer. «Quiero que esta electricidad pueda usarse en tareas más funcionales, como cargar un teléfono móvil«, indica Choi. Esto requerirá alcanzar un nivel mínimo de 1 mW (milivatios), significativamente superior a los 140 µW actuales.
Los métodos tradicionales de mitigación, como la ventilación, resultan cada vez menos efectivos. / Pixabay
El sistema afronta desafíos técnicos que deben ser abordados para garantizar su aplicación práctica. Uno de los principales es la viabilidad a largo plazo de las cianobacterias utilizadas. Actualmente, el uso de una sola especie bacteriana puede limitar su efectividad. Así que el equipo propone aplicar ingeniería genética para mejorar su rendimiento.
Tecnología prometedora
Otro reto clave es la generación de energía. Si bien el diseño inicial se concibió como un prototipo, los investigadores persiguen optimizar la estructura y materiales de las células solares biológicas para aumentar su compactación y capacidad energética.
Además, consideran la integración de sistemas de almacenamiento de energía, como baterías de litio o supercondensadores, que harían el sistema más versátil y adecuado para aplicaciones reales.
El mantenimiento es otro aspecto importante. Aunque el sistema es autosuficiente, optimizar el suministro de agua y nutrientes reduciría aún más la necesidad de intervención humana, haciéndolo más viable para el uso cotidiano.
El desarrollo de estas plantas artificiales marca un avance significativo en la gestión ambiental de espacios interiores. Su capacidad para abordar múltiples problemas—purificación del aire, generación de oxígeno y producción de energía—las posiciona como una tecnología prometedora en el contexto de la sostenibilidad urbana.
«Con algunos ajustes, estas plantas podrían convertirse en una parte esencial de cada hogar», asegura Choi. Su diseño modular y económico permite imaginar aplicaciones en oficinas, escuelas y hospitales, donde la calidad del aire es crucial.
La investigación también destaca la importancia de combinar soluciones tecnológicas con enfoques biológicos para enfrentar los desafíos del cambio climático y la contaminación.
Plantas de interior. / Pixabay
Aunque todavía se encuentra en una fase inicial, el concepto de plantas artificiales activadas por cianobacterias podría sentar las bases para una nueva generación de dispositivos híbridos, capaces de mejorar la calidad de vida en interiores mientras contribuyen a la sostenibilidad global.
El objetivo es ahora continuar con las investigaciones para que estas plantas evolucionen hacia sistemas más compactos y funcionales, listos para su comercialización.
Informe de referencia: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202400401
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