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Dois processos naturais de energia replicados com um só catalisador

Dois processos naturais de energia replicados com um único catalisador
O círculo vermelho (H2) representa um anodo de célula a combustível inspirado na hidrogenase, um eletrodo onde os elétrons (e) fluem para um circuito externo. O círculo verde (H2O) mostra um anodo de célula solar que imita o fotossistema II. O círculo azul (O2) retrata um catodo baseado na "respiração" (oxidase do citocromo c), um eletrodo onde os elétrons fluem de um circuito externo.[Imagem: Kyushu University]

Fotossíntese artificial

Químicos japoneses deram um dos passos mais importantes no campo da fotossíntese artificial, que busca formas de imitar o processo de geração de energia das plantas.

Eles desenvolveram um catalisador capaz de atuar simultaneamente como uma célula de combustível, que consome hidrogênio para liberar energia, e um sistema fotossintético, capaz de produzir oxigênio usando energia solar.

"As pessoas tentaram antes reproduzir artificialmente o comportamento da hidrogenase e do fotossistema II, mas o nosso é o primeiro experimento a combinar essas duas funções biológicas muito específicas em um único sistema catalítico que pode fazer as duas coisas," disse o professor Seiji Ogo, da Universidade de Kyushu.

O fotossistema II permite que as plantas usem a luz solar para quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. A hidrogenase é uma enzima presente em organismos vivos que age como uma célula de combustível natural, consumindo hidrogênio para produzir energia. Ambos os processos envolvem oxidação, com o hidrogênio ou as moléculas de água liberando alguns de seus elétrons.

Os pesquisadores sintetizaram um catalisador à base do metal irídio que é capaz de aceitar e liberar uma série de elétrons. O catalisador opera como célula de combustível produzindo energia elétrica ao aceitar elétrons das moléculas de hidrogênio. Alterando os materiais de suporte no catalisador, ele gera energia da luz solar por meio de um ciclo que envolve a oxidação da água.

Energia continuamente renovável

Nenhum outro aparato de fotossíntese artificial ou de hidrogênio solar havia conseguido juntar as duas coisas no mesmo dispositivo.

Mas ainda há trabalho a ser feito antes que essas rotas químicas naturais possam ajudar a satisfazer nossas demandas por energia limpa.

"A potência do nosso sistema ainda é bastante baixa para quaisquer aplicações práticas, mas este trabalho representa uma demonstração única de dois tipos diferentes de processos geradores de energia a partir de um único catalisador. Esperamos que essas descobertas mostrem que os químicos ainda têm muito a aprender com os processos naturais," disse o professor Ogo.

De fato, a natureza é muito boa em fazer certos tipos de química que nos interessam também no aspecto tecnológico. Neste caso, a água é transformada continuamente em seus constituintes - oxigênio, prótons (núcleos de hidrogênio) e elétrons -, e de volta para água, como forma de armazenar e de usar a energia nas plantas e nos animais - ou seja, energia continuamente renovável.

Bibliografia:

A Fusion of Biomimetic Fuel and Solar Cells Based on Hydrogenase, Photosystem II, and Cytochrome c Oxidase
Mitsuhiro Kikkawa, Takeshi Yatabe, Takahiro Matsumoto, Ki-Seok Yoon, Kazuharu Suzuki, Takao Enomoto, Kenji Kaneko, Seiji Ogo
ChemCatChem Catalysis
DOI: 10.1002/cctc.201700995




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