Fotossíntese artificial é otimizada com componente biológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2012

Filme com nanopartículas de hematita (vermelho) funcionalizado com uma rede de moléculas de ficocianina (verde).
[Imagem: E. Vitol/ANL]

Células fotoeletroquímicas

A fotossíntese é considerada o "Santo Graal" no campo da geração sustentável de energia.

Isto porque ela converte diretamente a energia solar em combustíveis armazenáveis, usando nada além de água e dióxido de carbono (CO2).

Os cientistas tentam há muito tempo imitar o processo natural, criando equipamentos capazes de fazer fotossíntese artificial por meio das chamadas células fotoeletroquímicas.

Uma das principais vantagens dessas células fotoeletroquímicas é a geração direta de hidrogênio, um atalho em relação à abordagem mais convencional de usar células fotovoltaicas para capturar a luz do Sol, gerar eletricidade e usar essa energia para fazer a eletrólise da água.

Biocélula fotoeletroquímica

Agora, pela primeira vez, cientistas do instituto suíço EMPA conseguiram criar uma biocélula fotoeletroquímica - um dispositivo que usa um material biológico em seus eletrodos, em vez dos materiais semicondutores pesquisados até agora, como o dióxido de titânio e outros óxidos metálicos.

Chamado pela equipe do Dr. Debajeet Bora de "nano-bio eletrodo para célula fotoeletroquímica", o material é formado por óxido de ferro conjugado com uma proteína retirada das cianobactérias.

O material biológico dobrou a capacidade de quebra das moléculas de água da já promissora hematita (Fe₂O₃).

A hematita é um candidato natural para as células fotoeletroquímicas porque ela é sensível ao comprimento de onda da luz visível, usando a luz do Sol de forma mais eficiente do que os fotocatalisadores, como o dióxido de titânio, que usam apenas a parte ultravioleta da radiação solar.

Além disso, a hematita é muito mais barata do que qualquer outro óxido pesquisado.

Bio para ajudar o artificial

O segundo ingrediente da receita é a ficocianina, um pigmento azul produzido pelas cianobactérias.

"Eu me inspirei na maquinaria fotossintética natural das cianobactérias, onde a ficocianina funciona como um componente coletor de luz. Eu queria fazer fotossíntese artificial usando cerâmica e proteínas," diz o Dr. Bora.

Além do elevado rendimento apresentado pelo bio-eletrodo, surpreendeu o fato de que o material não é destruído pela situação pouco amigável - para as proteínas - da forte iluminação solar e do ambiente alcalino.

"Parece haver um equilíbrio delicado onde as moléculas orgânicas não apenas sobrevivem às rudes condições fotocatalíticas, mas também dão um benefício adicional à cerâmica fotocatalisadora, dobrando a corrente. Este é um verdadeiro salto à frente," disse Artur Braun, coautor do estudo.

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