Importante avanço na fotossíntese artificial permite que os cientistas armazenem a energia solar como combustível

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Créditos: Nantonov / iStock.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

As plantas têm uma habilidade aparentemente fácil – a de transformar a luz do Sol em energia – e os cientistas têm trabalhado para emular artificialmente esse processo de fotossíntese. Os benefícios resultantes para a energia renovável podem ser enormes – e uma nova abordagem baseada em lâminas chamadas de ‘photosheets‘ pode ser a tentativa mais promissora que vimos até agora.

O novo dispositivo usa CO2, água e luz solar como ingredientes e, em seguida, produz oxigênio e ácido fórmico que podem ser armazenados como combustível. O ácido pode ser usado diretamente ou convertido em hidrogênio – outro combustível de energia potencialmente limpa.

A chave para a inovação é o photosheet – ou melhor, lâmina fotocatalisadora – que usa um pó semicondutor especial que permite que as interações de elétrons e a oxidação ocorram quando a luz solar atinge a lâmina na água, com a ajuda de um catalisador à base de cobalto.

Nenhum componente adicional é necessário para que a reação ocorra e o processo é totalmente autoalimentado.

“Ficamos surpresos com o quão bem funcionou em termos de seletividade – quase não produziu subprodutos”, disse o químico Qian Wang, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Às vezes as coisas não funcionam tão bem quanto você espera, mas este foi um caso raro em que realmente funcionou de forma até melhor”.

O dispositivo em ação. Crédito: Universidade de Cambridge.

Enquanto o photosheet do protótipo mede apenas 20 centímetros quadrados, os cientistas que o inventaram dizem que deve ser relativamente fácil de aumentar seu tamanho sem incorrer em custos enormes.

Em última análise, eles acham que essas lâminas poderiam ser produzidas em grandes matrizes, semelhantes às de fazendas solares. Além do mais, o ácido fórmico resultante pode ser armazenado em uma solução e, a partir daí, convertido em diferentes tipos de combustível, conforme necessário.

O dispositivo consegue algo que nem sempre é garantido em sistemas de conversão como este – um processo limpo e eficiente sem quaisquer subprodutos indesejados. Qualquer resíduo extra produzido deve ser tratado, o que pode anular os efeitos positivos da reação inicial.

“Tem sido difícil conseguir fotossíntese artificial com um alto grau de seletividade, de modo que você consiga converter o máximo possível da luz solar no combustível que deseja, em vez de ficar com muitos resíduos inúteis”, disse Wang.

Uma equipe do mesmo laboratório também foi responsável pelo desenvolvimento de uma ‘folha artificial’ em 2019. Embora a nova photosheet se comporte de maneira semelhante, é mais robusta e fácil de aumentar o tamanho – e também produz combustível mais fácil de armazenar (o sistema do ano passado criou um gás de síntese).

Isso não significa que o novo photosheet está pronto para ser comercializado ainda: os pesquisadores precisam tornar o processo muito mais eficiente primeiro; eles também estão experimentando diferentes catalisadores que podem ser capazes de produzir diferentes combustíveis solares.

A necessidade de uma transição completa para a energia limpa é mais urgente do que nunca, mas nós estamos encorajados pela quantidade de projetos que estão em desenvolvimento. Porém, como é o caso desse novo processo, descobrir a ciência por trás  é apenas o começo da produção de um combustível que funcionará de forma prática.

“O armazenamento de combustíveis gasosos e a separação de subprodutos podem ser complicados – queremos chegar ao ponto em que possamos produzir de maneira limpa um combustível líquido que também possa ser facilmente armazenado e transportado”, diz o químico Erwin Reisner, da Universidade de Cambridge. “Esperamos que esta tecnologia abra o caminho para a produção de um combustível solar sustentável e prático”.

A pesquisa foi publicada no Nature Energy.