Folha artificial produz hidrogênio com luz do Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/10/2011

A folha artificial nem mesmo é verde, mas é uma das maiores esperanças atuais de uma fonte de energia inteiramente renovável e limpa.
[Imagem: Dominick Reuter]

Folhas artificiais

Ela não é verde, não cresce e seu comportamento se parece mais com o de uma alga fotossintética.

Mas Daniel Nocera e seus colegas do MIT preferem chamar sua invenção de "folha artificial".

E não apenas eles: a ideia de usar a luz solar para a produção de hidrogênio e outros combustíveis já se estabeleceu na academia como o campo da fotossíntese artificial.

E, como as folhas fazem fotossíntese, qualquer aparato criado nessa área passou a ser conhecido como folha artificial.

Eletrólise com luz solar

A nova folha artificial representa um grande salto em relação aos dispositivos anteriores.

Sem qualquer fio externo e sem necessidade de um circuito de controle, a folha artificial só precisa ser colocada dentro de um recipiente com água e posta à luz do Sol para começar a dividir as moléculas da água e produzir oxigênio e hidrogênio.

A folha artificial é basicamente uma célula solar ligada a materiais catalisadores diferentes colocados nos dois lados de uma fina folha de silício.

A célula solar gera um fluxo de elétrons que é dirigido para uma camada de um catalisador à base de cobalto, que quebra a molécula de oxigênio e libera oxigênio. A descoberta desse catalisador é um dos grandes feitos da equipe do professor Nocera, anunciado em 2008.

O outro lado da folha de silício é coberto com outro catalisador, uma liga de níquel, molibdênio e zinco, que libera o hidrogênio.

Os prótons liberados quando a molécula de água é quebrada são dirigidos para essa face, onde o níquel os ajuda a reunir-se com elétrons para formar o hidrogênio.

Este é um dos grandes diferenciais da nova folha artificial: ela é inteiramente baseada em materiais baratos e abundantes. Outros experimentos do mesmo tipo geralmente utilizam catalisadores extremamente caros, pertencentes ao grupo da platina.

Basta mergulhar a folha artificial na água e colocar tudo ao Sol para que ela comece a produzir oxigênio de um lado e hidrogênio do outro (as pequenas bolhas que "saem" da placa.
[Imagem: Sun Catalytix]

Algas fotossintéticas

Nocera afirma que sua folha artificial não precisa nem mesmo ter o formato de uma "folha de silício": ela pode ser construída na forma de minúsculas partículas capazes de quebrar as moléculas da água na qual forem mergulhadas.

Isto faz o sistema se parecer mais com as algas fotossintéticas do que com folhas.

Mas este conceito tem a dificuldade adicional de exigir um sistema para coletar e separar os gases, enquanto a folha de silício pode ela própria servir como uma membrana, produzindo oxigênio e hidrogênio em segmentos diferentes.

Avanços e desafios

Apesar do avanço inegável, ainda há trabalho a ser feito para que a fotossíntese artificial tenha uma utilidade prática.

O maior desafio será aumentar a eficiência da folha artificial: os pesquisadores relataram uma capacidade de converter 2,5% da energia do Sol que incide sobre a folha artificial em hidrogênio. No caso de um protótipo que usa fios - em vez de misturar o catalisador com as células solares - essa eficiência chega aos 4,7%.

Uma célula solar de silício tem uma eficiência ao redor dos 20% - assim, seria mais vantajoso usar a energia elétrica gerada por essas células para fazer a eletrólise da água e produzir mais hidrogênio.

Isto não tira o mérito desse desenvolvimento - as células solares tampouco nasceram com o rendimento que têm hoje - sobretudo a possibilidade de produzir hidrogênio com materiais tão simples.

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