Energia

Fotossíntese artificial: avanço na geração de hidrogênio por energia solar

Fotossíntese artificial: proteção atômica protege célula fotoeletroquímica
A nova célula fotoeletroquímica, mais durável, produz hidrogênio da partir da luz do Sol - o hidrogênio é visto na forma de bolhas que sobem pelo reservatório de água. [Imagem: Paracchino et al./Nature Materials]

Células fotoeletroquímicas

Da mesma forma que as plantas usam a fotossíntese para transformar a luz solar em energia, as células solares fotoeletroquímicas usam a luz solar para induzir reações químicas que, em última análise geram hidrogênio a partir da água.

Ainda em estágio inicial de desenvolvimento, essa tecnologia é promissora porque permite uma geração de energia absolutamente limpa: a energia solar é usada para produzir o hidrogênio, que por sua vez pode ser consumido em células a combustível, cujo único subproduto é a água, para gerar eletricidade.

Também conhecidas como células de Gratzel, as células fotoeletroquímicas usam um material semicondutor sensível à luz, como o óxido de cobre, para fornecer a corrente necessária para alimentar a reação.

Embora seja barato e largamente disponível, o óxido de cobre é instável quando exposto à luz na água.

Revestimento salvador

Adriana Paracchino e Elias Thimsen, membros da equipe do Dr. Michael Gratzel, idealizador da tecnologia, descobriram que o problema da instabilidade do cobre pode ser resolvido revestindo os semicondutores com uma fina película com poucos átomos de espessura.

Esse revestimento pode ser criado usando uma técnica, já usada industrialmente, chamada como deposição de camadas atômicas (ALD: Atomic Layer Deposition). A precisão dessa técnica é tamanha que a espessura da camada pode ser controlada com precisão de um átomo.

Com isto, o óxido cuproso é protegido de forma muito eficaz contra o contato com a água, tornando possível usá-lo como o semicondutor da célula fotoeletroquímica.

Deficiência

As vantagens dessa ação salvadora são muitas: o óxido de cobre é abundante e barato, a camada de proteção é completamente impermeável, independentemente da rugosidade da superfície, e o processo pode ser facilmente expandido para escala industrial.

O revestimento é formado por duas camadas superpostas, uma de óxido de zinco e outra de óxido de titânio, que mantêm a eficiência da célula na produção de hidrogênio - no atual estágio, essa "eficiência" ainda é bastante baixa.

O próximo passo da pesquisa será otimizar as propriedades elétricas da camada protetora, na tentativa de aumentar a eficiência geral da célula.

Bibliografia:

Highly active oxide photocathode for photoelectrochemical water reduction
Adriana Paracchino, Vincent Laporte, Kevin Sivula, Michael Grätzel, Elijah Thimsen
Nature Materials
08 May 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3017




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