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Fotossíntese semi-artificial: Uma nova forma de coletar energia solar

Fotossíntese semi-artificial: Uma nova forma de coletar energia solar
Foto da célula fotoeletroquímica de dois eletrodos, que produz hidrogênio e oxigênio usando apenas luz solar. [Imagem: Katarzyna Sokol]

Fotossíntese semi-artificial

A busca por novas formas de aproveitamento da energia solar deu um passo importante quando pesquisadores conseguiram alterar a maquinaria fotossintética de algas, fazendo-as dividir a água em hidrogênio e oxigênio.

Diferente das conhecidas células solares fotovoltaicas, que produzem eletricidade, a chamada fotossíntese artificial tem como principal produto o hidrogênio, considerado uma fonte verde e ilimitada de energia renovável - o hidrogênio pode ser usado em células a combustível para produzir eletricidade ou para queima direta, produzindo apenas água como resíduo.

A fotossíntese - o processo que as plantas usam para converter a luz solar em energia - é uma das reações mais importantes da Terra, sendo a fonte de quase todo o oxigênio do planeta.

A fotossíntese artificial, por sua vez, vem sendo pesquisada há décadas, mas ainda não foi usada para produzir energia renovável em larga escala porque depende do uso de catalisadores caros e, muitas vezes, tóxicos, ou porque o equipamento usado não tem durabilidade para uso prático.

Katarzyna Sokol e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, partiram então para uma "fotossíntese semi-artificial": "A fotossíntese natural não é eficiente porque evoluiu apenas para a sobrevivência, de forma que ela produz a quantidade mínima de energia necessária - em torno de 1% a 2% do que poderia ser convertido e armazenado," acrescentou ela.

Sokol então usou a luz solar natural para converter água em hidrogênio e oxigênio usando uma mistura de componentes biológicos e tecnologias artificiais.

Conversão híbrida de energia solar

A fotossíntese semi-artificial é uma tecnologia híbrida, que usou a manipulação genética de algas para "reativar" nesses organismos uma possibilidade fotossintética latente - que as algas não usam atualmente -, juntamente com um sistema catalisador de baixo custo.

"A hidrogenase é uma enzima presente nas algas que é capaz de reduzir os prótons em hidrogênio [moléculas de hidrogênio, ou H2]. Durante a evolução, esse processo foi desativado porque não foi necessário para a sobrevivência, mas conseguimos contornar a inatividade para alcançar a reação que queríamos - dividir a água em hidrogênio e oxigênio," contou Sokol.

Em seu artigo, a equipe descreve a outra perna do sistema: "Esta célula fotoeletroquímica integra o fotossistema II absorvedor de luz vermelha e azul com um fotoanodo de TiO2 [dióxido de titânio] sensibilizado pelo corante dicetopirrolopirrole, que absorve a luz verde, e desta forma habilitou a absorção pancromática complementar da luz solar. Uma comunicação eletrônica eficaz na interface enzima-material foi projetada usando um polímero redox modificado pelo complexo de ósmio em um TiO2 estruturado hierarquicamente."

Esta plataforma é a primeira a utilizar com sucesso a hidrogenase e o fotossistema II para criar uma fotossíntese semi-artificial alimentada unicamente pela energia solar. O próximo passo será aumentar a eficiência do processo e garantir sua reprodutibilidade a longo prazo.

Bibliografia:

Bias-free photoelectrochemical water splitting with photosystem II on a dye-sensitized photoanode wired to hydrogenase
Katarzyna P. Sokol, William E. Robinson, Julien Warnan, Nikolay Kornienko, Marc M. Nowaczyk, Adrian Ruff, Jenny Z. Zhang, Erwin Reisner
Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-018-0232-y




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