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Energia

Folha artificial chega a 10% de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2015

Folha artificial chega a 10% de eficiência
No centro da folha artificial, que mede um centímetro quadrado, é possível ver as bolhas de gás produzidas - ela funcionou com eficiência de 10% por 40 horas continuamente.
[Imagem: Lance Hayashida/Caltech]

Folha artificial

Ele não se parece com uma folha, mas é o dispositivo de fotossíntese artificial mais eficiente feito até hoje.

Erik Verlage e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) chamam sua criação de "sistema de geração de combustível solar".

A partir da luz do Sol e da água, o dispositivo produz combustível gasoso, que pode ser armazenado e usado quando necessário, eliminando o problema da inconstância da energia solar.

O sistema funciona, de forma estável, com uma eficiência de 10% - a quantidade da energia solar que é transformada em combustível armazenado -, o que é um rendimento excepcional no campo da fotossíntese artificial.

Estrutura da folha artificial

A folha artificial consiste de três componentes principais: um fotoanodo, um fotocatodo e uma membrana.

O fotoanodo usa a luz solar para oxidar as moléculas de água, gerando prótons (átomos de hidrogênio), elétrons e oxigênio. O fotocatodo recombina os prótons e os elétrons para formar as moléculas do gás hidrogênio.

A membrana, feita de um material plástico, é parte essencial do sistema, já que mantém os gases oxigênio e hidrogênio separados, algo essencial para a segurança operacional da folha artificial - fazê-los explodir ao se misturarem não é algo difícil.

Folha artificial chega a 10% de eficiência
Estrutura da folha artificial e gráfico mostrando a produção de hidrogênio e oxigênio.
[Imagem: RSC/10.1039/C5EE01786F]

Eletrodos de silício ou arseneto de gálio são muito bons em absorver a luz, motivo pelo qual eles são usados nas células solares. O grande passo dado por Verlage e seus colegas foi recobrir esses eletrodos tradicionais com uma camada de 62,5 nanômetros de dióxido de titânio (TiO2), evitando sua corrosão no contato com a água.

Outro avanço essencial está no uso de um catalisador de baixo custo - o níquel - no fotoanodo, onde ele é necessário para catalisar a reação de quebra das moléculas de água. No fotocatodo, o catalisador usado é feito de níquel-molibdênio, também de baixo custo.

Durabilidade e custo

"Nosso trabalho mostra que é realmente possível produzir combustíveis a partir da luz solar de forma eficiente e segura em um sistema integrado com componentes de baixo custo," disse o professor Nathan Lewis, um dos coordenadores da equipe.

"É claro que nós ainda temos trabalho a fazer para aumentar a vida útil do sistema e para desenvolver técnicas para fabricar sistemas completos a custos competitivos, mas os dois esforços já estão em andamento," completou.

Bibliografia:

Artigo: A monolithically integrated, intrinsically safe, 10% efficient, solar-driven water-splitting system
Autores: Erik Verlage, Shu Hu, Rui Liu, Ryan J. R. Jones, Ke Sun, Chengxiang Xiang, Nathan S. Lewis, Harry A. Atwater
Revista: Energy & Environmental Science
Vol.: Advance Article
DOI: 10.1039/C5EE01786F






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