Fotossíntese artificial: vírus é usado para quebrar molécula de água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/04/2010

O esquema do sistema inspirado na biologia mostra o vírus (amarelo) ligado às moléculas dos pigmentos biológicos (rosa) e do catalisador metálico (esferas cinza). O vírus é importante para montar o nanofio de forma autônoma e manter o espaçamento entre as moléculas, viabilizando a reação de quebra da molécula de água.
[Imagem: Angela Belcher]

Pesquisadores do MIT, nos Estados Unidos, descobriram uma nova forma para imitar o processo por meio do qual as plantas usam a luz do Sol para quebrar as moléculas de água.

Enquanto as plantas usam o mecanismo para gerar compostos úteis ao seu próprio crescimento, os pesquisadores estão mais interessados em capturar o hidrogênio e utilizá-lo como combustível.

Além de alimentar carros a hidrogênio, que não emitem poluentes, a técnica poderia resolver o maior entrave ao uso da energia solar: o fato de que ela somente gera energia quando o sol está brilhando.

Se esta energia for usada para gerar hidrogênio, o gás poderá ser armazenado e usado para gerar eletricidade à noite ou quando for necessário.

Oxidação da água

A chamada fotossíntese artificial é um objetivo longamente perseguido pelos cientistas.

A reação de quebra da molécula de água pode ser vista como duas "meias reações": a reação que libera a molécula de hidrogênio e a reação que libera o átomo de oxigênio.

Esta última, conhecida como reação de oxidação da água, é de longe a mais complicada. Foi por isto que a a equipe da professora Angela Belcher resolveu concentrar-se nela.

E, em vez de copiar os componentes que as plantas utilizam, como as maioria das pesquisas na área fazem, Belcher e seus colegas decidiram copiar os métodos das plantas - nas células dos vegetais, pigmentos naturais absorvem a luz do Sol, enquanto os catalisadores promovem a reação de quebra da molécula de água.

Vírus da fotossíntese artificial

Para copiar a técnica das plantas, os cientistas modificaram um vírus, transformando-o numa espécie de suporte biológico capaz de montar os componentes necessários - pigmentos e catalisadores - para quebrar as moléculas de água.

O vírus bacteriano, chamado M13, é um vírus comum e que não causa danos ao ser humano. Ele foi utilizado para atrair e ligar-se a moléculas de óxido de irídio, um catalisador, e a porfirinas de zinco, que são pigmentos biológicos.

Ao capturar as duas moléculas, os vírus transformaram-se em uma espécie de fio, que funciona como um suporte para manter os pigmentos e os catalisadores no espaçamento adequado para sustentar a reação.

Para evitar que os fios se aglomerassem, os pesquisadores os recobriram com um gel, mantendo uma estabilidade e sua eficiência em quebrar as moléculas de água.

Gargalo da fotossíntese artificial

"Nós usamos os mesmos componentes que outros pesquisadores já vinham usando, mas nós usamos a biologia para organizá-los para nós, e assim obtivemos uma maior eficiência," explica a Dra. Belcher.

Ao usar os vírus para montar o sistema de forma autônoma, a eficiência da produção de oxigênio - a meia-reação de oxidação da água - aumentou em quatro vezes, um progresso extremamente significativo justamente na parte que é considerada o gargalo da fotossíntese artificial.

Captura do hidrogênio

Como os pesquisadores trabalham até agora apenas na parte mais difícil da reação, os átomos de hidrogênio liberados pelos nanofios virais se quebram em seus prótons e elétrons.

O próximo passo da pesquisa, que já está em andamento, é justamente fazer a outra meia-reação, conseguindo reaver os átomos de hidrogênio.

Os cientistas também estão tentando encontrar um catalisador mais simples e mais barato do que o irídio, que não seria de utilização viável em um sistema em larga escala por ser extremamente raro e muito caro.

Há poucos dias, outra equipe anunciou o desenvolvimento de um catalisador não-biológico que atua também nesta meia-reação mais problemática de oxidação da água - veja Catalisador bioinspirado acelera busca por combustível solar.

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