Nanogerador produz hidrogênio molécula por molécula

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2014

O hidrogênio é produzido com luz visível juntando grafeno com proteínas coletoras de luz.
[Imagem: John Lambert]

Hidrogênio com grafeno

A sonhada economia do hidrogênio exigiria a produção maciça do gás de forma sustentável.

Mas talvez seja possível começar tudo, por assim dizer, "pelos primeiros princípios", produzindo uma molécula do gás de cada vez.

O hidrogênio é largamente abundante na Terra, mas não isoladamente. O mais comum é que ele esteja ligado ao oxigênio, formando moléculas de água. Separar os dois hoje depende do gás natural, um primo do petróleo.

Peng Wang e seus colegas do Laboratório Nacional Argonne, nos Estados Unidos, construíram um nanogerador de hidrogênio capaz de produzir o gás puro sem depender dos combustíveis fósseis.

A pequena estrutura depende apenas da luz solar e de uma propriedade do grafeno até agora desconhecida - a cadeia bidimensional de átomos de carbono não apenas doa e recebe elétrons com alta eficiência, mas também é capaz de transferir esses elétrons para outra substância.

Fotossíntese artificial com grafeno

Wang fazia suas pesquisas de fotossíntese artificial com base na proteína bacterio-rodopsina, usada por microrganismos para absorver a luz do sol e bombear núcleos de hidrogênio através de uma membrana, criando uma forma de energia química.

Vários grupos já usaram esse esquema empregando dióxido de titânio e platina para quebrar as moléculas de água e isolar o hidrogênio. O problema é que esses catalisadores operam com base apenas na porção ultravioleta do espectro solar, o que representa apenas cerca de 4% da energia do Sol.

O grafeno otimizou as biocélulas, aumentando muito seu rendimento ao aproveitar uma porção maior da luz solar.
[Imagem: Peng Wang et. al. - 10.1021/nn502011p]

O grafeno permitiu conectar o componente biológico - a bacterio-rodopsina - com os catalisadores de forma quase automática - os dois materiais praticamente se organizam autonomamente sobre o grafeno.

A boa notícia é que tanto a proteína quanto o próprio grafeno absorvem a luz visível. Os elétrons dessa reação vão então para o dióxido de titânio, de certa forma tornando-o sensível à luz visível.

Enquanto isso, a luz da porção verde do espectro solar aciona a proteína, que começa a bombear prótons, que se juntam aos elétrons para formar as moléculas de hidrogênio.

Essa "nanobiotecnologia" ainda está em estágio inicial, mas não há restrições fundamentais para que ela não possa ser ampliada - o desafio é o mesmo que produzir outros dispositivos à base de grafeno.

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