Cientistas querem engarrafar energia solar e turbinar fotossíntese das plantas

Baseado em texto de Rob Dawson - 20/02/2012

Energia solar engarrafada

Cientistas apresentaram uma série de avanços na área da fotossíntese artificial durante a reunião anual da Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS), que está acontecendo no Canadá.

Além das folhas artificiais, o interesse agora está centrando-se em uma corajosa tentativa de "otimização da fotossíntese".

Segundo três dos principais pesquisadores da área, estamos um pouco mais perto de "engarrafar" a energia do Sol, usando-a para produzir combustíveis líquidos diretamente.

E, segundo eles, já é possível sonhar com plantas "turbinadas" para produzir super colheitas.

Otimização da fotossíntese

A fotossíntese permite que os sistemas biológicos capturem a energia do Sol e utilizem-na para produzir alimentos e combustível.

É um dos processos biológicos mais importantes na Terra. Mas os cientistas afirmam que ela não é tão eficiente como poderia ser.

Restrições naturais do processo fazem com que a fotossíntese - em termos de energia - alcance menos de 1% de eficiência em muitas culturas importantes.

É por isso que os cientistas acreditam que há uma margem significativa para melhoria.

Os pesquisadores esperam usar uma reação química similar à fotossíntese, mas em um sistema artificial.
[Imagem: Beyer et al./NanoLetters]

Folha artificial

O professor Richard Cogdell, da Universidade de Glasgow, está adotando uma abordagem baseada na biologia sintética na tentativa de criar folhas artificiais capazes de converter energia solar em combustíveis líquidos.

"O Sol dá sua energia de graça, mas fazer uso dela é complicado. Podemos usar painéis solares para produzir eletricidade, mas ela é intermitente e difícil de armazenar. O que estamos tentando fazer é pegar a energia do Sol e armazená-la, de modo que ela possa ser usada quando for mais necessária," explicou o Dr. Cogdell.

Os pesquisadores esperam usar uma reação química similar à fotossíntese, mas em um sistema artificial.

As plantas capturam a energia solar, concentram-na e a utilizam para quebrar a água em hidrogênio e oxigênio. O oxigênio é liberado e o hidrogênio é usado para fazer o alimento das plantas, essencialmente seu combustível.

As pesquisas mais recentes visam utilizar a biologia sintética para replicar esse processo artificialmente.

"Estamos trabalhando para criar um sistema químico análogo robusto, que possa replicar a fotossíntese artificialmente em grande escala. Estas folhas artificiais poderiam dar origem a painéis solares que produzem combustível, em vez de eletricidade," explicou Cogdell.

O sistema artificial também poderá melhorar a fotossíntese natural para fazer melhor uso da energia do Sol.

Fazendo uma engenharia reversa da fotossíntese, até chegar ao nível das reações químicas básicas, pode ser possível obter níveis muito mais elevados de conversão de energia.

Em última análise, o sucesso desta pesquisa poderá permitir o desenvolvimento de uma economia sustentável e neutra em carbono - pode ser possível até mesmo capturar o dióxido de carbono lançado em excesso na atmosfera e transformá-lo em combustível.

A rubisco é uma enzima-chave na fotossíntese, que permite que as plantas utilizem o dióxido de carbono atmosférico para criar moléculas ricas em energia.
[Imagem: Wikipedia/ARP]

Turbinando a fotossíntese

O professor Howard Griffiths, da Universidade de Cambridge, também está trabalhando no aumento do potencial da fotossíntese.

Ele e seu grupo estão se concentrando em uma enzima chamada RuBisCO (ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase oxigenase).

É uma enzima-chave na fotossíntese, que permite que as plantas utilizem o dióxido de carbono atmosférico para criar moléculas ricas em energia, tais como açúcares simples.

Algumas plantas desenvolveram mecanismos que agem como turbocompressores biológicos para concentrar dióxido de carbono em torno da enzima para otimizar a fotossíntese. Isto melhora o crescimento e a produção das plantas.

A pesquisa do professor Griffiths está buscando um entendimento detalhado desses turbocompressores biológicos, para que eles possam um dia ser incorporados pela agricultura para aumentar a produtividade.

"Nós queremos melhorar a eficiência operacional da RuBisCO nas colheitas, e acreditamos que as algas poderão um dia nos dar a resposta. Seus turbocompressores estão contidos dentro de uma estrutura chamada 'pirenoide algal', que poderia ser utilizada nas estruturas fotossintéticas das culturas. Combinando a fotossíntese das algas e das plantas para melhorar a eficiência fotossintética, teríamos um aumento da produtividade agrícola, tanto para a produção de alimentos, quanto para energia renovável," afirmou Griffiths.

Os cientistas querem usar filamentos condutores de eletricidade naturais das bactérias para conectar espécies diferentes, otimizando o aproveitamento da energia solar.
[Imagem: CBISFP/ASU]

Capturando a energia solar "desperdiçada"

A professora Anne Jones, da Universidade Estadual do Arizona, está olhando para outras formas de garantir que a energia do Sol não seja desperdiçada.

As cianobactérias (bactérias que obtêm seu alimento pela fotossíntese) podem absorver muito mais energia solar do que conseguem utilizar.

A pesquisa da professora Jones procura desenvolver um mecanismo para tirar vantagem desse excesso de energia desperdiçada, transferindo-a para uma célula de combustível ou uma biocélula solar.

"Nós queremos acoplar o aparato fotossintético de uma espécie de bactéria no metabolismo de uma segunda espécie. Poderíamos então canalizar o excesso de energia diretamente para a produção de combustível. Teríamos dois sistemas biológicos trabalhando em conjunto para produzir combustível a partir da energia do Sol," explicou Jones.

Uma analogia simples é uma usina geradora de energia que não esteja ligada à rede de distribuição - como não há vazão, o excesso de energia é perdido.

Os pesquisadores esperam criar uma conexão que transfira essa energia para onde ela possa ser usada para produzir combustível.

Essa conexão pode ser feita com os filamentos eletricamente condutivos das bactérias, similares a pêlos, chamados pili.

"Algumas bactérias têm filamentos condutores naturais, chamados pili. Esses pili podem ser usados para transferir energia entre as células que pretendemos usar," concluiu a pesquisadora.

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