Potássio turbina células solares que fazem fotossíntese artificial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/05/2009

Imagem de um conjunto de nanotubos de titânia, feita por um microscópio de rastreamento eletrônico, medindo entre 90 e 100 nanômetros de diâmetro.
[Imagem: Menon, Northeastern University]

Em mais um exemplo de descoberta feita por acaso, por um feliz acaso, cientistas norte-americanos descobriram que um resíduo que nunca havia sido detectado desempenha um papel crucial no funcionamento das células solares que utilizam a luz solar para quebrar as moléculas de água e produzir hidrogênio, um processo conhecido como fotossíntese artificial.

Fotossíntese artificial

O hidrogênio é tido como o combustível do futuro, mas os processos hoje disponíveis para sua produção consomem mais energia do que geram ou são feitos a partir do gás natural, um combustível fóssil como o petróleo. O hidrogênio pode ser utilizado em células a combustível para gerar eletricidade sem qualquer emissão de poluentes. O único "rejeito" do funcionamento de uma célula a combustível é água pura.

A utilização da energia solar parece ser a melhor alternativa para solucionar esse impasse. Só que, em vez de produzir carboidratos, como nos vegetais, as células solares que tentam imitar o processo de fotossíntese das plantas são utilizadas para quebrar as moléculas da água em hidrogênio e oxigênio.

Absorver luz no espectro visível

As melhores células desse tipo fabricadas até hoje - também conhecidas como células fotoeletroquímicas - utilizam nanotubos de titânia, ou dióxido de titânio.

Esses nanotubos de titânia são bons para absorver a porção ultravioleta da luz do Sol. Essa radiação, contudo, é em sua maior parte filtrada pela atmosfera terrestre, o que torna o rendimento das células fotoeletroquímicas muito baixo.

Por isso os cientistas estão tentando tornar essas células capazes de absorver maior quantidade de luz solar no espectro visível, o que pode ser feito introduzindo-se carbono nos nanotubos de titânia, porque o carbono é excelente para absorver a luz visível.

Íons de potássio escondidos

Isso levou os cientistas ao NSLS, um laboratório de luz síncrotron que emite raios X que podem ser usados para medir as ligações químicas de elementos específicos com uma precisão 10 vezes maior do que os mais sensíveis equipamentos disponíveis nos laboratórios tradicionais.

Veio aí a primeira surpresa: enquanto procuravam pelas ligações dos átomos de carbono, os pesquisadores detectaram minúsculas quantidades de íons de potássio fortemente ligados aos nanotubos de titânia.

Esses íons, que nunca haviam sido detectados antes porque os instrumentos utilizados não eram sensíveis o suficiente, foram deixados lá durante a fabricação dos próprios nanotubos, que são feitos por meio de um processo que utiliza sais de potássio.

Mudando o alvo da pesquisa

Como a pesquisa envolve o estudo da influência de poucos átomos de carbono sobre o processo fotoeletroquímico, os cientistas concluíram que teriam que eliminar os íons de potássio para ter uma medição correta do impacto dos átomos de carbono que eles estavam tentando adicionar.

Veio então a segunda surpresa, essa muito mais significativa: os nanotubos de titânia com os íons de potássio gastam apenas um terço da energia para produzir a mesma quantidade de hidrogênio, em comparação com os novos nanotubos livres de potássio.

"O resultado foi tão entusiasmante que nós deixamos de lado a pesquisa com o carbono," conta a pesquisadora Latika Menon, da Universidade Northeastern. Como os íons de potássio, mesmo em quantidades quase indetectáveis, desempenham um papel tão grande, a otimização do seu uso poderá levar a resultados muito melhores do que os resultados esperados com a adição de carbono.

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