Célula fotossintética transforma CO2 e luz solar em combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/08/2016

A biocélula (esquerda) sendo testada com a luz de intensidade média que atinge a superfície da Terra (direita).
[Imagem: Universidade de Illinois - Chicago/Jenny Fontaine]

Fotossíntese artificial

Uma nova célula solar biomimética está prometendo realizar a maioria das expectativas do campo conhecido como fotossíntese artificial, em que a energia solar é aproveitada por autênticas folhas artificiais, que imitam as folhas das plantas.

"A nova célula solar não é fotovoltaica, ela é fotossintética," explica o professor Amin Salehi-Khojin, da Universidade de Illinois de Chicago, nos EUA.

Em vez de capturar fótons do Sol e gerar eletricidade, a célula fotossintética converte o dióxido de carbono (CO2) do ar em combustíveis líquidos, hidrocarbonos que podem ser queimados ou inseridos na cadeia produtiva tradicional, em substituição aos hidrocarbonos do petróleo.

"Em vez de produzir energia de forma não sustentável em uma via de mão única, dos combustíveis fósseis aos gases de efeito estufa, nós podemos agora reverter o processo e reciclar o carbono atmosférico em combustível usando a luz solar," acrescentou Khojin.

Redução do CO2

As reações químicas que transformam o CO2 em formas de carbono que podem ser queimadas como combustível são chamadas de reações de redução, em oposição à oxidação ou combustão. Os químicos têm explorado diferentes catalisadores para otimizar a redução do CO2, mas a regra geral até agora tem sido o uso de metais preciosos caros, geralmente do grupo da platina.

Khojin e seus colegas conseguiram produzir um catalisador partindo de compostos nanoestruturados conhecidos como "metais de transição dicalcogenados, ou dicalcogenetos", ou TMDC (transition-metal dichalcogenides) - esses materiais se tornaram muito pesquisados recentemente por causa de seu uso potencial na eletrônica, onde eles são mais conhecidos como molibdenita.

Os dicalcogenetos - foi usado o disseleneto de tungstênio - foram mesclados com um líquido iônico, gerando um catalisador extremamente ativo. Na verdade, o protótipo se mostrou 1.000 vezes mais rápido na quebra das ligações químicas do CO2 do que os catalisadores de platina - e os cálculos indicam que ele poderia custar 20 vezes menos.

Folha artificial

Esquema das reações químicas que ocorrem na folha artificial.
[Imagem: Mohammad Asadi et al. - 10.1126/science.aaf4767]

A folha artificial como um todo é constituída por duas células solares fotovoltaicas de tripla junção, feitas de silício, de 18 centímetros quadrados, responsáveis por captar a luz solar.

A parte biossintética consiste em um compartimento duplo, controlado por três eletrodos, no qual o líquido iônico funciona como eletrólito. O disseleneto de tungstênio e o líquido iônico atuam em conjunto como catalisadores no lado do cátodo; e óxido de cobalto junto com fosfato de potássio trabalham no lado do ânodo.

Quando a luz solar equivalente a 100 watts por metro quadrado - a incidência média do Sol na superfície da Terra - ela energiza a célula, os gases hidrogênio e monóxido de carbono borbulham a partir do cátodo, enquanto íons de oxigênio e de hidrogênio livres são produzidos no ânodo.

O hidrogênio então se difunde por uma membrana até o cátodo, onde ele participa da reação de redução do CO2.

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