Energia

Catalisador bioinspirado acelera busca por combustível solar

Catalisador bioinspirado acelera busca por combustível solar
Bolhas de oxigênio formadas a partir da oxidação da água utilizando o novo catalisador WOC de tetra-cobalto, o mais rápido já fabricado até hoje, além de não conter carbono em sua composição.[Imagem: Benjamin Yin/Emory University]

Desafios da economia do hidrogênio

Apregoa-se há tempos que o hidrogênio será o combustível do futuro porque ele gera energia elétrica nas células a combustível sem liberar nenhum poluente. Mas, no presente, o hidrogênio é fabricado a partir do gás natural, um combustível fóssil.

Para chegarmos à economia do hidrogênio, três desafios técnicos permanecem na agenda dos pesquisadores: o desenvolvimento de um coletor de luz solar adequado, um catalisador para oxidar a água em oxigênio e um catalisador para a reação de redução da água em hidrogênio.

Esses três componentes já foram demonstrados em laboratório, mas sem viabilidade prática, precisando ser muito melhorados.

Dos três, o mais complicado é sem dúvida o catalisador de oxidação da água, mais conhecido pela sigla em inglês WOC (Water Oxidation Catalyst). O WOC representa o maior desafio científico porque os componentes orgânicos que entram em sua composição combinam-se com o oxigênio e se autodestroem.

Catalisador para oxidação da água

Agora, químicos das universidades de Emory, nos Estados Unidos, e Paris, na França, desenvolveram o mais potente catalisador homogêneo conhecido até hoje para a oxidação da água, e sem utilizar compostos orgânicos, solucionando o sério problema de sua rápida degradação.

Este catalisador é considerado um componente crucial para viabilização da economia do hidrogênio porque ele fecha o circuito que permite a produção de hidrogênio puro usando somente água e luz do Sol.

A fim de serem viáveis, os WOCs precisam ser seletivos, estáveis e rápidos. A homogeneidade também é uma característica desejável, já que ela aumenta a eficiência do catalisador e o torna um objeto de estudo mais simples - portanto, mais fácil de aperfeiçoar.

O catalisador de oxidação da água agora apresentado pelos pesquisadores norte-americanos e franceses tem todas essas qualidades, e é baseado no cobalto, um elemento abundante e muito mais barato do que o rutênio, comumente utilizado.

Isso aumenta seu potencial para ajudar na implantação de uma nova era baseada na energia solar, eventualmente obtida por meio da chamada fotossíntese artificial.

Geração sustentável de energia

O desenvolvimento dos catalisadores destinados a quebrar as moléculas de água tira sua inspiração da forma como as plantas usam a luz solar para obter sua própria energia. Esses sistemas artificiais bioinspirados poderão levar a novas formas de gerar hidrogênio - e eventualmente eletricidade - de forma totalmente sustentável e sem produção de elementos poluentes.

Catalisador bioinspirado acelera busca por combustível solar
O catalisador à base de cobalto mostrou-se ainda mais rápido do que a versão original de rutênio, que a equipe havia desenvolvido dois anos atrás. [Imagem: Yin et al./Science]

Os catalisadores da natureza são as enzimas. A enzima que atua nos "centros de processamento" do oxigênio das plantas verdes é, porém, o catalisador menos estável na natureza. Seu curtíssimo período de vida explica-se justamente pela importância da função que ele desempenha na vida vegetal.

Durante décadas, os cientistas vêm tentando imitar a Mãe Natureza para criar um WOC para a fotossíntese artificial. Quase todos os mais de 40 WOCs homogêneos já desenvolvidos em diversos laboratórios ao redor do mundo têm limitações significativas, como a presença de componentes orgânicos em sua composição, que queimam-se rapidamente durante o processo de oxidação da água.

"Nós duplicamos este complexo processo natural pegando algumas das características essenciais da fotossíntese e usando-as em um sistema sintético, sem uso de carbono e homogêneo. O resultado é um catalisador de oxidação da água que é muito mais estável do que o encontrado na natureza," explicam os pesquisadores.

Além de se livrar dos compostos orgânicos, a equipe do Dr. Craig Hill deu um passo importante ao dispensar também o raro e caro rutênio. Seu catalisador à base de cobalto mostrou-se ainda mais rápido do que a versão original de rutênio, que a equipe havia desenvolvido dois anos atrás. O cobalto tem seus próprios problemas, mas eventualmente muito menores do que os apresentados pela atual matriz energética.

Energia verde

O próximo passo da pesquisa será integrar o novo catalisador em um sistema de quebra das moléculas de água em oxigênio e hidrogênio alimentado unicamente por energia solar.

O desenvolvimento vem somar-se a outros importantes feitos na área apresentados nas últimas semanas, como uma biocélula capaz de realizar fotossíntese artificial diretamente a partir de uma planta um circuito molecular que utiliza plasmons de superfície.

Bibliografia:

A Fast Soluble Carbon-Free Molecular Water Oxidation Catalyst Based on Abundant Metals
Qiushi Yin, Jeffrey Miles Tan, Claire Besson, Yurii V. Geletii, Djamaladdin G. Musaev, Aleksey E. Kuznetsov, Zhen Luo, Ken I. Hardcastle, and Craig L. Hill
Science
11 March 2010
Vol.: Science Express
DOI: 10.1126/science.1185372




Outras notícias sobre:

    Mais Temas