Folha semi-artificial imita fotossíntese e produz hidrogênio limpo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2010

Em vez de criarem uma folha totalmente artificial, cientistas chineses optarem por criar uma folha semi-artificial, mantendo estruturas da planta otimizadas pela natureza e de difícil reprodução.
[Imagem: Pasieka/SPL]

Fotossíntese artificial

Fazer fotossíntese artificial é o grande sonho acalentado por todos os cientistas que lidam na área de energia.

Quando o homem conseguir replicar a "mágica" das plantas, que transformam a luz do Sol em energia, estará resolvido todo o dilema energético e ambiental da nossa civilização.

Apesar dos muitos avanços, o objetivo continua elusivo.

Folha semi-artificial

Contudo, em mais um passo que mostra que fazer fotossíntese artificial pode ser factível a longo prazo, cientistas chineses mudaram completamente a abordagem até agora utilizada para imitar a natureza e criaram uma folha artificial da maneira mais prosaica possível: usando uma folha de verdade como molde.

Dada a complexidade inerente a qualquer ser vivo, os cientistas vinham tentando compreender as moléculas envolvidas e reproduzir sinteticamente as reações químicas básicas que ocorrem no interior das folhas quando elas usam os fótons da luz solar para quebrar as moléculas de água e gerar íons de hidrogênio.

O Dr. Qixin Guo e seus colegas da Universidade Shanghai Jiao Tong adotaram um enfoque diferente. Eles substituíram alguns componentes da folha de uma anêmona (Anemone vitifolia), mas mantiveram estruturas-chave da planta, alcançando um rendimento na absorção de fótons e na geração de hidrogênio que não havia sido obtido até agora.

Em vez de criarem uma folha totalmente artificial, os cientistas optarem por criar uma folha semi-artificial, mantendo estruturas da planta otimizadas pela natureza e de difícil reprodução.

Aproveitando a natureza

Inicialmente, eles mergulharam a folha natural em uma solução de ácido hidroclorídrico, o que permitiu a substituição do magnésio dos anéis de porfirina - uma parte essencial da estrutura fotossintética das plantas - por hidrogênio.

A seguir, as folhas foram tratadas com tricloreto de titânio, que substituiu as moléculas de hidrogênio por titânio.

Depois de secas, as folhas foram aquecidas a 500 °C, criando uma estrutura cristalizada de dióxido de titânio, um material que é largamente utilizado em células solares para aumentar sua eficiência. Na folha artificial, o dióxido de titânio serve como um catalisador para quebrar as moléculas de água.

A etapa de aquecimento também queimou a maior parte do material orgânico que ainda restava da folha original.

Imagens por microscopia eletrônica da estrutura da folha semi-artificial, preservando as estruturas naturais em um esqueleto de titânio.
[Imagem: Zhou et al./Advanced Materials]

Preservando elementos naturais

Mas nem tudo da folha original se perdeu.

Permaneceram, por exemplo, as células superficiais parecidas com lentes, que capturam a luz vinda de qualquer direção, e os microcanais que dirigem os fótons até a parte mais profunda da folha.

Foram preservados também os tilacoides, estruturas com apenas 10 nanômetros de espessura que aumentam a área superficial disponível para a fotossíntese. São os tilacoides os responsáveis pela grande eficiência das folhas na geração de hidrogênio.

Estava pronta a folha semi-artificial. Para testá-la, os pesquisadores mergulharam-na em uma solução de 20% de metanol, que funcionou como um catalisador.

Ao ser iluminada com luz na faixa do infravermelho próximo, a folha artificial absorveu duas vezes mais fótons e gerou três vezes mais hidrogênio do que os catalisadores à base de titânio disponíveis comercialmente (P25-Degussa).

Abordagem promissora

Apesar de serem números promissores em relação ao que havia sido alcançado até agora, a conversão é ainda muito ineficiente e está longe de competir com a produção industrial de hidrogênio, que hoje é feita a partir do gás natural.

Mas a abordagem mostrou-se incrivelmente promissora. Afinal, aproveitar uma parte da estrutura já desenvolvida pela natureza é muito mais simples do que tentar sintetizar toda a estrutura fotossintética natural.

Além disso, o enfoque poderá ser futuramente estudado em conjunto com as células solares fotovoltaicas tradicionais.

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