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Palabras clave
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Nanopartículas de Cu, fotocorriente, celulosa
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Justificación del proyecto
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Una gran cantidad de energía eléctrica se debe producir para cubrir las necesidades de nuestra sociedad (14). La luz del sol es la fuente de energía más abundante. Las rutas de conversión de energía solar son a través de la energía fotovoltaica y la fotosíntesis (13). Paneles fotovoltaicos han sido desarrollados (12), por desgracia sus materiales no pueden ser totalmente reciclados (15). Otra alternativa es el uso de los tilacoides o fotosistemas aislados, sin embargo presentan inestabilidad en los electrodos. La utilización de células enteras intactas ofrece ventajas debido a que no es necesario cualquier proceso de aislamiento especial y presentan alta estabilidad (13). Pero un problema en la transferencia directa de electrones es asegurar el contacto continuo entre la fuente de electrones que se encuentra en la membrana de los tilacoides y el electrodo (12), entre la fuente y el electrodo se encuentra la membrana plasmática y la pared celular aumentando la distancia entre estos.
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Hipótesis del proyecto
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Si Musa et al 2016 (9) prepararon con éxito nanopartículas de cobre (CuNPs) soportadas por celulosa nanocristalina a una temperatura de 110°C usando CuSO45H2O como una sal precursora e hidrazina como reductor fuerte. Grouchko et al 2009 (16) obtuvieron por reducción química húmeda CuNPs a temperatura ambiente usando nitrato cúprico como precursor e hidrazina como agente reductor fuerte. Tsai et al 2015 (7) sintetizó CuNPs mediante el método de reducción química húmeda usando Cu(OH)2 como precursor y solución de poliol de ácido ascórbico como agente reductor suave. Además Sekar y Ramasamy 2014 (4) desmostraron la transferencia directa de electrones basada en la actividad electrogénica de Nostoc sp como foto-biocatalizador logrando generar una densidad de corriente máxima de 240 mA m-2 con luz y 180 mA m-2 en condiciones de oscuridad, además de una densidad de potencia media de 35 mW m-2 (18 mW m-2 mW luz-1) sin ningún
mediador exógeno. Por último los resultados de diferentes investigaciones demuestran que la generación de corriente en una celda de combustible microbiana puede ser estimulada por la iluminación de luz en presencia de microorganismos fotosintéticos que proporcionan oxígeno al cátodo, este oxígeno se reduce mediante la aceptación de electrones desde el electrodo del cátodo (17,18)
Entonces es probable que las nanopartículas de cobre se impregnen a la celulosa de cianobacterias del género Nostoc usando el método de reducción química húmeda a temperatura ambiente, Cu(OH)2 como precursor y solución poliol de ácido ascórbico como reductor suave. Si esto se puede es previsible que el flujo de electrones entre la cadena transportadora de electrones y el electrodo sea continuo debido a que la pared celular reduciría su resistencia al paso de electrones gracias al cobre que presenta alta conductividad y de esta forma puede ser posible obtener mayor cantidad de corriente. Por otra parte es presumible que la concentración de oxígeno producido por el cultivo mixto fotosintético en el cátodo mejore la eficiencia de la celda.
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Resultados esperados del proyecto
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1 Crear plantas que puedan vivir en simbiosis con los humanos, ellas dándonos electricidad y nosotros nutrientes y
cuidado.
2 Energía totalmente independiente de monopolios
3 Disminuir la concentración de CO2 en la atmósfera
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Impactos esperados
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Impacto Técnico: Se mejorará la eficiencia de las celdas de combustible microbiano fotosintético (P-MFC), además se proporcionará un nuevo método que es barato a comparación con trabajos anteriores.
Impacto Económico: Se generarán nuevas economías basadas en la extracción de cobre, la economía actual de cables largos de corriente se convertirían en pequeños nanocables de cobre y nanopartículas de cobre. Por otra parte la energía eléctrica se desarrollaría en el jardín de una casa haciendo al consumidor totalmente independiente de monopolios. La economía de la combustión para producir electricidad y las hidroeléctricas se desplomarían. Sin embargo esta tecnología basada en fotosíntesis será para todos desde países subdesarrollados hasta países desarrollados ya que cianobacterias, algas y plantas hay en toda la Tierra. Por último se desvanecerán algunas enfermedades relacionadas al aumento de CO2 lo que traerá impactos económicos en medicina.
Impacto científico: Se podrá permitir realizar ingeniería genética para producir plantas capaces de fijar cobre en sus paredes celulares en forma de nanohilos que formen un conducto entre el electrodo y los tilacoides de esta manera mantener el continuo flujo de electrones.
Impacto ambiental: La tecnología propuesta tendrá un impacto en los suelos que será el aumento de cobre en los suelos sin embargo esto se puede solucionar formando plantas genéticamente modificadas capaces de absorber la mayor cantidad de cobre del suelo. Un impacto ambiental positivo y el más importante de hecho es que esta biotecnología podrá disminuir la concentración de CO2 que causa el calentamiento global,debido a que las plantas fijan CO2 durante la fotosíntesis.
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