Fotossíntese artificial fica 10 vezes mais eficiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/11/2022

Ilustração artística da fotossíntese artificial incrementada por aminoácidos.
[Imagem: Peter Allen]

Fotossíntese artificial

Uma das opções mais cativantes para migrarmos para fontes de energia limpa está no conceito da fotossíntese artificial, que propõe retrabalhar o sistema de uma planta para produzir nossos próprios tipos de combustíveis.

Infelizmente, o Ctrl-C - Ctrl-V não funciona aqui: A maquinaria química em uma única folha é incrivelmente complexa e não é tão fácil de domar para nossos próprios propósitos.

Além disso, a fotossíntese natural cria carboidratos, que são ótimos para abastecer nossas células, mas não nossos carros, que precisam de energia muito mais concentrada. Assim, além de copiar o processo, será necessário reprojetá-lo para criar combustíveis mais densos em energia, como etanol ou metano.

Uma nova esperança surgiu agora pelas mãos de Guangxu Lan e colegas da Universidade de Chicago, nos EUA.

Lan desenvolveu um novo sistema para fotossíntese artificial que é 10 vezes mais produtivo do que os sistemas artificiais apresentados até agora.

Embora haja um longo caminho a percorrer para que a técnica possa ser usada para abastecer seu carro ou fornecer matérias-primas para a indústria química, o método dá aos cientistas uma nova direção a explorar e pode ser útil a curto prazo para a produção de outros produtos químicos que não combustíveis.

"Esta é uma melhoria gigantesca em relação aos sistemas existentes, mas tão importante quanto. Fomos capazes de estabelecer um entendimento muito claro de como esse sistema artificial funciona no nível molecular, algo que não havia sido alcançado antes," disse Wenbin Lin, coordenador da equipe.

A técnica já pode ser útil em processos que exigem a produção de pequenas quantidades de insumos.
[Imagem: Guangxu Lan et al. - 10.1038/s41929-022-00865-5]

Fotossíntese artificial com aminoácidos

Na natureza, a fotossíntese é realizada por várias montagens muito complexas de proteínas e pigmentos. Eles absorvem água e dióxido de carbono, quebram as moléculas e reorganizam os átomos para produzir carboidratos - uma longa cadeia de compostos hidrogênio-oxigênio-carbono.

Os cientistas, no entanto, precisam retrabalhar as reações para produzir um arranjo molecular diferente, apenas com hidrogênio em torno de um núcleo de carbono, formando metano (CH4). Parece simples, mas inúmeras equipes vêm trabalhando nisso há décadas.

A grande ideia de Lan consistiu em adicionar algo que os sistemas de fotossíntese artificial até hoje não incluíam: Aminoácidos.

Ele começou com um tipo de material chamado estrutura metal-orgânica, ou MOF, uma classe de compostos formados por íons metálicos mantidos juntos por moléculas orgânicas de ligação. Esses materiais são tipicamente muito porosos, então a equipe criou uma versão com uma única camada, a fim de fornecer a área de superfície máxima para reações químicas.

O MOF foi colocado em uma solução que incluía um composto de cobalto para transportar elétrons, e então a equipe começou a adicionar diferentes aminoácidos, tentando descobrir qual funcionava melhor.

Até o momento eles conseguiram uma receita que já garante 10 vezes mais eficiência do que os sistemas anteriores. Ainda mais importante, contudo, é que a equipe conseguiu fazer melhorias em ambas as metades da reação: O processo que separa a água e o que adiciona elétrons e prótons ao dióxido de carbono. Em ambos os casos, os aminoácidos ajudaram a reação a ser mais eficiente.

A descoberta também pode ser amplamente aplicada a outras reações químicas. É preciso produzir muito combustível para fazer a diferença no balanço energético, mas quantidades muito menores de algumas moléculas, como os materiais de partida para fazer medicamentos e nylons, entre outros, podem ser úteis imediatamente.

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