Hidrogéis fazem fotossíntese artificial para produzir hidrogênio solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/11/2024

Hidrogéis bioinspirados convertem água em hidrogênio usando luz solar, imitando efetivamente os processos naturais para criar uma solução energética sustentável.
[Imagem: Kosuke Okeyoshi/JAIST]

Produção de hidrogênio com energia solar

O campo da fotossíntese artificial tenta há muito tempo desenvolver processos sintéticos que possam imitar o método da natureza de converter luz solar em energia.

Há muitas ideias promissoras, mas o conceito básico envolve usar a luz solar para gerar reações químicas que produzam compostos químicos úteis, criando essencialmente um modo de produzir energia limpa.

Reina Hagiwara e seus colegas da Universidade de Tóquio e do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão conseguiram agora dar um novo impulso na área, desenvolvendo um sistema que funciona de modo mais orgânico, algo que nenhum dos protótipos anteriores havia conseguido até agora.

Reina projetou um novo tipo de hidrogel bioinspirado que gera hidrogênio e oxigênio ao dividir moléculas de água usando luz solar. O sistema de hidrogel imita a natureza ao usar a luz solar diretamente para dividir a água, melhorando a eficiência e reduzindo custos.

Este pode ser um divisor de águas na busca por energia limpa porque o chamado hidrogênio solar, ou hidrogênio verde, é largamente visto como um dos combustíveis mais promissores para um futuro sustentável.

Transferências de elétrons fotoinduzidas nas redes de polímeros inspiradas em cloroplastos. (A) Mecanismo da fotossíntese natural. (B) Projeto dos géis fotossintéticos artificiais.
[Imagem: Reina Hagiwara et al. - 10.1039/d4cc04033c]

Eficiência na transferência de elétrons

O segredo dos hidrogéis está em redes de polímeros cuidadosamente estruturadas. Essas redes ajudam a controlar a transferência de elétrons, o que é crucial para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Os hidrogéis recebem ainda moléculas funcionais, como complexos de rutênio e nanopartículas de platina, que trabalham juntas para simular o processo natural da fotossíntese.

"O que é único aqui é como as moléculas são organizadas dentro do hidrogel. Ao criar um ambiente estruturado, tornamos o processo de conversão de energia muito mais eficiente," disse Reina.

Um dos principais avanços está na capacidade dos hidrogéis de impedir que as moléculas funcionais se agreguem - um grande problema em sistemas anteriores de fotossíntese artificial. Como resultado, a equipe conseguiu aumentar significativamente a atividade do processo de divisão da água e produzir mais hidrogênio em comparação com técnicas anteriores.

A implicação para a produção de hidrogênio verde é enorme, uma vez que produzir hidrogênio usando apenas água e luz solar representa uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis que se torna técnica e economicamente viável.

Apesar desses resultados promissores, os pesquisadores observam que ainda há trabalho a ser feito. Aumentar o rendimento dos hidrogéis e garantir sua estabilidade a longo prazo serão os próximos passos. "Mostramos o potencial, mas agora precisamos refinar a tecnologia para uso industrial. As possibilidades são empolgantes e estamos ansiosos para continuar avançando," disse o professor Kosuke Okeyoshi.

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