Modelo de almacenamiento de energía y síntesis impulsada. Sin (resp. Con) la transición discontinua naranja, la red de reacción química modela el almacenamiento de energía (respectivamente síntesis impulsada). La especie de alta energía A2A2 está en baja concentración en equilibrio. Alimentar el sistema mediante la quimiostatización de especies de combustible (FF) y desechos (WW) aumenta la formación de A2A2 a partir del monómero MM a través de las especies activadas M2M2 y A ∗ 2A2 ∗. a La red de reacción química (los flujos directos se definen en sentido antihorario). Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-11676-x
Los físicos de la Universidad de Luxemburgo han desarrollado herramientas teóricas para analizar y optimizar motores químicos que van desde simples redes de reacciones químicas hasta complejas vías metabólicas.
El papel, "Eficiencia termodinámica en química disipativa, "informa los resultados de la investigación realizada por el Prof. Massimiliano Esposito, Dr. Riccardo Rao y Ph.D. estudiante Emanuele Penocchio de la Facultad de Ciencias, Tecnología y comunicación en la Universidad de Luxemburgo. Fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Termodinámica, la rama de la física que se ocupa de la conversión de energía y sus limitaciones, se originó en un esfuerzo por mejorar la eficiencia de motores mecánicos como motores de vapor o de combustión. En la teoría estándar, Las leyes termodinámicas nunca fueron aplicables para caracterizar el desempeño de pequeños motores químicos como las células vivas.
En motores mecánicos, la máxima eficiencia nunca coincide con la máxima potencia. La eficiencia de un automóvil varía según la velocidad. Si se conduce rápido a plena potencia, la eficiencia a la máxima potencia suele ser muy baja.
Las cosas son diferentes en el mundo de las moléculas, como Prof. Esposito, El Dr. Rao y el Sr. Penocchio lo han descubierto. Los investigadores han desarrollado un nuevo método para aplicar los principios de la termodinámica a los sistemas químicos. Estos hallazgos pueden resultar útiles en bioingeniería o nanotecnología en el futuro.
La investigación ha dado un paso hacia la evaluación del costo termodinámico para construir y mantener una celda en funcionamiento. Por ejemplo:cuánta energía de los alimentos consumidos por una célula se desperdicia, y cuanto se usa a nivel químico? Los resultados registran las condiciones en las que los sistemas funcionan con la máxima eficiencia y la máxima potencia simultáneamente.
"Por lo general, asumimos que la naturaleza es muy eficiente gracias a las edades de la evolución. Al cuantificar las eficiencias de varias operaciones químicas en diferentes organismos, tal vez podamos poner ese tipo de ideas en un terreno más sólido algún día, contribuyendo así a una mejor comprensión de los sistemas biológicos. Este estudio proporciona la base para futuros estudios de rendimiento y diseño óptimo en química. Ahora podemos responder preguntas sobre la eficiencia de cualquier operación realizada por un sistema químico abierto, "Dice el Prof. Esposito.
