biomasa

1. ANÁLISIS DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS / ABSTRACT
Autor (es) Carolina Dominguez Castro
Título/Subtitulo ¿Cuál es la máxima eficiencia con la que la
fotosíntesis puede convertir la energía solar en
biomasa?
Tema Como generar energía por medio de la
biomasa
Contenidos generales de la investigación Que la biomasa también se puede generar
por la energía solar
Contenido especifico de la investigación Que la fotosíntesis puede hacer que la energía solar
se convierta en biomasa, y la energía solar puede
producirse en biomasa hasta un 4,6%
Tipo de proyecto de investigación energía
Información previa/antecedentes Que la fotosintes aprovecha diferentes longitudes de
onda de energía radiante con diferentes eficiencias
Importancia de la investigación. La importancia en el artículo es la
fotosintesis
Variables
Independientes
Dependientes
Conexión entre ambas
Procedimiento / Protocolos Primero el articulo mostraba lo que la fotosíntesis
podía hacer con la energía solar, después cuanta
energía solar se puede convertir en biomasa, y
después empezó a explicarse todo
Análisis
Tipo de Estadísticas usadas/
Mencionadas
Que la fotosíntesis no es solo la fuente de
nuestro alimento y fibra, además yo ni
siquiera sabia que la fotosíntesis también
podía hacer biomasa
Resultado principal Buenísimo el articulo
Recomendaciones En realidad todo me gusto así que no se que
recomendar
Observaciones. Me gusto mucho el articulo porque estaba
muy bien explicado parte por parte y todo
eso
Fuente de consulta y referencia acorde a
normas APA
NOMBRE DEL EQUIPO: Power EnergyLIDER:Santiago Cano Molina
GRADO:6°2 FECHA DE LA CONSULTA: 26 de julio de 2014

2. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE ZACATECAS
MATERIA
SEMINARIO DE INGENIERÍA EN ENERGÍA DE LA BIOMASA
NOMBRE DEL ARTÍCULO
¿CUÁL ES LA MÁXIMA EFICIENCIA CON QUE LA FOTOSÍNTESIS PUEDE CONVERTIR LA
ENERGÍA SOLAR EN BIOMASA?
NOMBRE DE LA ALUMNA
CAROLINA DOMINGUEZ CASTRO
18/01/2013
"El presente escrito es una traducción y/o interpretación del artículo cuya referencia se
muestra al final del documento, se realizó el blog con fines de divulgación"
Resumen
La fotosíntesis es la fuente de nuestro alimento y fibra. El aumento de la población mundial, el desarrollo económico, y la
disminución de los recursos de tierras pronostica que la duplicación de la productividad es fundamental para satisfacer la
demanda antes de finales de este siglo. Para cumplir con este objetivo se establece la máxima eficiencia de conversión de
energía solar fotosintética, un punto de partida para evaluar el potencial global es examinar la eficacia potencial de cada paso
del proceso fotosintético de captura de la luz a síntesis de carbohidratos. Esto pone de manifiesto la eficiencia de conversión
máxima de energía solar en biomasa, de 4,6% para la fotosíntesis C3 a 30 °C y 380 ppm atmosférico [CO2], y 6% para
la fotosíntesis C4. Esta ventaja sobre C3 desaparecerá cerca de 700 ppm [CO2] atmosférico.

3. INTRODUCCIÓN
Se prevé que la población mundial crezca a 10 mil millones, y con ello también el aumento de la prosperidad económica de
los países en desarrollo además del crecimiento de la demanda aún mayores en la producción agrícola. Con muy pocas
perspectivas de expansión sostenible 1,5 mil millones ha de tierras de cultivo se necesita la duplicación de la productividad
para satisfacer la creciente demanda antes del final de este siglo. Como consecuencia surge actualmente la biomasa que a
través de la fotosíntesis se utiliza para la producción de todos nuestros alimentos, fibras y biocombustibles que es cada vez
más visto como una fuente de energía renovable. Es más la energía solar que llega a la superficie de la Tierra cada hora (4.3
x1020 J) que la que se consume en el planeta en un año (4.1 x1020 J).
Un importante objetivo de investigación en energía solar para las próximas décadas fue la aplicación de los
avances revolucionarios en la biología y la biotecnología para el diseño de plantas y organismos. Un punto clave de partida
para la identificación y evaluación de los objetivos de la biotecnología para mejorar la eficiencia fotosintética de conversión de
energía solar es una revisión crítica de la máxima eficiencia de conversión fotosintética de energía solar que, teóricamente, se
podría lograr en los ecosistemas gestionados. El propósito del análisis realizado aquí es aprovechar el estado del arte
de la comprensión del mecanismo de la fotosíntesis de las plantas para establecer el límite teórico de la eficiencia de la
fotosíntesis por medio del aprovechamiento de la energía solar para beneficio de la agronomía y la biotecnología.
DESARROLLO
Radiación fotosintéticamente activa en el espectro solar
La fotosíntesis aprovecha diferentes longitudes de onda de energía radiante con diferentes eficiencias, el primer paso es
definir el espectro de energía media de la superficie de la Tierra. La densidad relativa de energía radiante del espectro solar en
la superficie de la atmósfera terrestre está dada por la fórmula de Planck de radiación de distribución: la densidad relativa del
flujo de energía por unidad de intervalo de longitud de onda:

4. Donde;
: es la longitud de onda (nm)
Ts: es la temperatura en la superficie del sol, que es de aproximadamente 5800 K, c es la velocidad de la luz (3 x1017 nm s -1)
k :es la constante de Boltzmann de (1,38 10 23 kg m 2 s 2 K 1 o JK 1)
h :es la constante de Planck (6,626 10 34 J s).
Fig.1

5. Moléculas Heteroatómicos de gas en la atmósfera de la Tierra (por ejemplo CO2, H2O, metano, óxido nitroso, etc)
absorben energía radiante en determinadas longitudes de onda infrarrojas.
Estos gases absorben la mayor fuerza en los rangos de longitud de onda de 900- 950, 1100-1150,1350-1450, 1800-1950 nm,
mientras que el ozono y oxígeno eliminan gran parte de la energía por debajo de 400 nm (Figura 1). Los fotones por encima
de 740 nm de longitud de onda contiene la energía suficiente para impulsar una mayor fotosíntesis de las plantas. Sobre la
base de la medida promedio del espectro solar en la superficie de la Tierra, la proporción de energía solar total dentro de la
banda fotosintéticamente activa (400-740) es 48,7%, es decir 51,3% de la energía solar incidente no está
disponible para fotosíntesis de la planta superior (Figuras 1 y 2).
Fig.2.
Pérdida de energía por reflectancia de la
luz fotosintéticamente activa
Debido principalmente a la absorbancia relativamente débil de la clorofila en la banda verde, la vegetación no es un
absorbente perfecto de radiación fotosintéticamente activa (400 -740 nm). Esto, por supuesto, es la razón por la cual la

6. mayoría de las plantas son verdes y no negras y por lo tanto limita la interceptación máximo de luz (400-740 nm) es de 90%,
es decir, 10% de la radiación fotosintéticamente activa se refleja. Esto representa una pérdida mínima del 4,9% de la
radiación solar total incidente por reflexión (Figura 2). Algunas plantas contienen cantidades variables
de pigmentos fotosintéticos que absorben la luz de estas longitudes de onda (por ejemplo, las antocianinas en la epidermis),
pero la energía no se transfiere a la fotosíntesis.
La rápida pérdida de energía en la relajación de los mayores estados
excitados de la clorofila.
La energía de un fotón es determinada por ,con el resultado de que la energía de un fotón azul (400 nm) es 75% mayor que
el de un fotón rojo (700 nm). Sin embargo, el aumento de los estados excitados de clorofila se relajan muy rápidamente y
foto químicamente es accionado en el centro de reacción fotosintética con la energía de un fotón rojo, independientemente
de la longitud de onda que se absorbe originalmente. Por lo tanto, la fotosíntesis no es capaz de almacenar la
energía adicional de los fotones azules. Para el espectro de superficie solar en el rango fotosintéticamente activa (400-
740 nm) la energía media por mol de fotones es 205 kJ. La energía necesaria para conducir un evento separación de carga en
el fotosistema II (PSII) es de aproximadamente 176 kJ mol -1 (Igual a la energía de un fotón de longitud de onda 680 nm) o
171 kJ mol -1
para el fotosistema I (PSI).
Por lo tanto la pérdida de energía media entre la absorción y la carga de separación-en los fotosistemas será
aproximadamente (205 (176 + 171) / 2) KJ mol -1: Es decir, un mínimo de 6,6% de la energía solar incidente se pierden
irremediablemente como calor debido a la relajación de mayores estados excitados de clorofila (Figura 2).
El tamaño de la pérdida de energía entre el centro de reacción y síntesis de carbohidratos difiere entre C4 y C3 debido a los
diferentes requisitos de ATP de las dos vías fotosintéticas.
Fotosíntesis C3
El ciclo de Calvin o C3 demuestra que tres de ATP y dos de NADPH se requieren para asimilar una molécula de
CO2 en carbohidratos y para regenerar una ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP) para completar el ciclo.

7. En el transporte de toda la cadena lineal de electrones de la absorción de cuatro fotones reducirá una molécula
de NADPH mientras trasloca un máximo de seis protones en el tilacoide lumen; dos de oxidación del agua y cuatro
de oxidación plastoquinol por el citocromo complejo. Dado que dos NADPH, y por lo tanto la absorción de ocho fotones, son
necesarios para la asimilación de uno CO2 en carbohidratos, un máximo de 12 protones son transportados
en el lumen para cada CO2 asimilados. Con 4 protones requeridos para la síntesis de ATP, los 12 protones transportados, sería
simplemente suficiente para soportar la síntesis del ATP 3 requerida para equilibrar 2 NADPH en la asimilación de uno de
CO2. Los ocho moles de fotones rojos, el mínimo requerido para convertir 1 mol de CO2 a carbohidratos, representa 1.388 kJ
de energía. Una sexta parte de un mol de glucosa, es decir, una unidad de carbohidrato 1C, contiene 477 kJ de energía. La
pérdida de energía de electrones mínimo en transporte y la síntesis de hidratos de carbono en el ciclo de Calvin - entre
atrapar la energía en los centros de reacción y la producción de hidratos de carbono es 1- (477/1388), lo que
equivale a una pérdida de 24,6% de la energía contenida en la radiación solar incidente original (Figura 2). Por lo tanto, la
energía máxima eficiencia de conversión de fotosíntesis C3, antes de la foto respiración y la respiración es 12,6% (Figura 2).
Fotosíntesis C4
Por simplicidad entre los tres subtipos principales de C4, vamos a considerar sólo la enzima NADP-málico (ME), C4 incluye
todos los principales cultivos, tales como el maíz, el sorgo y caña de azúcar, y se considera que es el más eficiente. Aquí, se
requieren cinco ATP y dos NADPH para asimilar un CO2, ya que, además de la necesidad de energía del ciclo de Calvin,
dos ATP adicional son necesarios para la fosforilación del piruvato para fosfoenol piruvato. En efecto, estos dos
extra ATP representan una bomba accionada por energía de luz, que transporta el CO2 del mesófilo exterior y la concentra en
el sitio de Rubisco en la vaina fotosintética . C4 elimina o minimiza la foto respiración. En la fotosíntesis C3, hemos
demostrado que la translocación de protones en la reducción de los NADPH se requieren dos para fijar uno CO2 es
justamente suficiente para generar el ATP tres también requerido. En C4, requiere dos ATP adicionales, entonces, incluso con
la máxima eficiencia,el protón de translocación resultante de la reducción de NADPH no cíclico de transporte de electrones
será inadecuado. El Cíclico de transporte de electrones devuelve electrones PSI de vuelta al complejo citocromo b6 / f que
resulta en la translocación de dos protones por fotones dentro del lumen tilacoidal .Para que el flujo
cíclico proporcione los otros ocho protones necesarios para sintetizar los dos ATP , se necesita la absorción de cuatro
fotones adicionales en PSI para un total mínimo de 12 se requerirá por CO2 asimilados en fotosíntesis C4. Siguiendo
nuestro razonamiento anterior para la fotosíntesis C3, la pérdida de energía mínima en el transporte de electrones y la
síntesis de carbohidratos en fotosíntesis C4, entre el centro de reacción fotoquímica y la producción primaria de hidratos de

8. carbono es 1- (477/2052), lo que equivale a una pérdida del 28,7% de la energía contenida en la radiación solar incidente
original (Figura 2). Por lo tanto, la conversión de energía máxima eficacia de la fotosíntesis C4, antes de
la respiración, es 8,5% (Figura 2).
Pérdida de energía debido a la fotorrespiración
Cataliza junto con la RuBP la oxigenación en la formación de una molécula de glicolato. Dos moléculas de glicolato se
metabolizan a través de la vía C2 libera una molecula de CO2 y la formación de una molécula de fosfoglicerato, que vuelve a
entrar en el ciclo de Calvin. Este proceso conocido como fotorrespiración reduce la eficiencia de la fotosíntesis en tanto que
requiere energía ATP .La oxigenación es inhibida competitivamente por el CO2, de modo que en las plantas C4 la
concentración de CO2 en la Rubisco en las células de la vaina del haz elimina en gran medida la fotorrespiración. Sin
embargo, algunos podrían producirse pérdidas de liberación de CO2 de vuelta a la mesófilo donde será re-fijada en el
coste de energía adicional. Aquí consideramos la máxima eficiencia potencial, es decir, la fotorrespiración cero en las especies
C4.
Para determinar el costo energético de la fotorrespiración se define la relación de RuBP la oxigenación de carboxilación
como
, y calcular la cantidad de ATP asociada con una carboxilación y la oxigenación como 3 + 3,5 , donde 3,5 representa la
red ATP en la vía C2 y el ciclo de Calvin asociado con un evento oxigenación. Por lo tanto, el número de ATP por la fijación de
CO2 es (3 + 3,5 ) / (1- 0,5 ) donde 0,5 representa el hecho de que se libera uno CO2 por cada dos oxigenaciones. La
disminución de la ec causada por fotorrespiración (dpr) es por lo tanto:
La relación de oxigenaciones a carboxilaciones ( ) es:

9. Los símbolos O y C representan los O2 intercelulares y las concentraciones de CO2. t es el factor de especificidad de
la Rubisco para el CO2 donde la especificidad es la proporción de las probabilidades de carboxilación a la oxigenación. Como
resultado, la pérdida en la eficiencia causada por la fotorrespiración aumenta con la temperatura. El efecto de la temperatura
en t se calcula a partir de las ecuaciones derivadas empíricamente de Bernacchi que producen un t de 71 a 30 °C. Dado este
valor de t, a 380 ppm de [CO2] y un equivalente [O2] del 21%, la máxima ec de las plantas C3 se redujo en 49% a 30 °C, a una
pérdida de 6,1% de la radiación solar interceptada originalmente (Figura 2).
Debido a que esta pérdida es dependiente tanto la temperatura atmosférica y [CO2], (la Figura 3 muestra cómo varía la
eficiencia de conversión de 15 a 45 °C y en diferente [CO2], que representan el promedio de las condiciones del
Pleistoceno (220 ppm), corriente (380 ppm) y los pronósticos para 2100 (700 ppm) .Estas simulaciones muestran una
ventaja muy fuerte para la fotosíntesis C4 en la [CO2] atmosférico que prevaleció durante la mayor parte de los últimos 25 M
años (Figura 3). Esta ventaja ha disminuido debido a la reciente subida de [CO2] y pueden ser eliminados, excepto en el
temperaturas más altas, para el final de este siglo (Figura 3).
Fig.3.
Energía debido a la respiración pérdida
Las pérdidas de energía hasta ahora computado se han derivado de los mecanismos conocidos, bien entendidos y
conservados de la fotosíntesis. Por el contrario no existe ningún mecanismo cuantitativa mente definida de vinculación entre
la tasa de fotosíntesis y la respiración mitocondrial. Esta pérdida final (figura 2) por lo tanto, sólo puede ser una estimación
basada en mediciones empíricas. Coeficientes medidos de pérdida respiratoria CO2 como una fracción de la absorción de
CO2 fotosintético de los principales cultivos varían de 30% a 60%. Se ha demostrado que hay variaciones hereditarias en esta
relación dentro de las especies de cultivo, y la selección de una relación más baja en el caso de ballico (Lolium perenne)
resultó aparentemente en líneas más altas produciendo. Suponemos 30% aquí como la pérdida respiratorio

10. mínimo que podría lograrse de otra manera sin afectar adversa mente el crecimiento de plantas. Esto representa una
pérdida de la energía solar incidente original de 1,9% (C3) y 2,5% (C4), con el resultado de que las eficiencias de
conversión máximos de radiación solar en biomasa son 4,6% (C3) y% 6,0 (C4) en 30 8C.
CONCLUSIÓN
La fotosíntesis juega un papel muy importe en nuestra vida cotidiana ya que es la fuente de nuestro alimento. En la vida
actual la población mundial se ha ido incrementando y con ello la necesidad de la duplicación de la productividad de tierras.
Por esta razón el objetivo de indicar la máxima eficiencia de la conversión de la energía solar fotosíntetica, un punto clave es
la evaluación del proceso de fotosíntesis para la captación de luz que va de (400-740 nm).a lo largo del proceso
de evolucionista se toman en cuenta las diferentes perdidas y como ya lo mencionamos el proceso entre
ellos fotosíntesis c3, fotosíntesis c4. Esto pone de manifiesto la eficiencia de conversión máxima de energía solar en biomasa,
de 4,6% para la fotosíntesis C3 a 30 °C y 380 ppm atmosférico [CO2], y 6% para la fotosíntesis C4. Esta ventaja
sobre C3 desaparecerá cerca de 700 ppm [CO2] atmosférico.