Fotossíntese artificial

Fotossíntese artificial para uma energia limpa e sustentável

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A fotossíntese artificial promete uma fonte de energia limpa e sustentável.

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Os humanos podem fazer muitas coisas que as plantas não podem fazer. Podemos andar por aí, podemos falar, podemos ouvir, ver e tocar. Mas as plantas têm uma grande vantagem sobre os humanos: elas podem produzir energia diretamente do sol.

Esse processo de transformar a luz solar diretamente em energia utilizável – chamado fotossíntese – pode em breve ser uma façanha que os humanos sejam capazes de imitar para aproveitar a energia do sol para obter combustível limpo, armazenável e eficiente. Se assim for, poderia abrir uma nova fronteira de energia limpa. Energia suficiente atinge a Terra na forma de luz solar em uma hora para atender todas as necessidades de energia da civilização humana por um ano inteiro.

Yulia Pushkar , biofísica e professora de física na Faculdade de Ciências da Universidade de Purdue , pode ter uma maneira de aproveitar essa energia imitando as plantas.

A energia eólica e a energia solar, aproveitadas por células fotovoltaicas, são as duas principais formas de energia limpa disponíveis. Adicionar um terceiro – fotossíntese sintética – mudaria drasticamente o cenário de energia renovável. A capacidade de armazenar a energia facilmente, sem exigir baterias volumosas, melhoraria drasticamente a capacidade dos humanos de alimentar a sociedade de forma limpa e eficiente.

Tanto as turbinas eólicas quanto as fotovoltaicas têm desvantagens em termos de efeitos ambientais e fatores complicadores. Pushkar espera que a fotossíntese artificial possa contornar essas armadilhas.

“Nós e outros pesquisadores ao redor do mundo estamos trabalhando incrivelmente duro para tentar encontrar energia acessível”, disse Pushkar. “Energia limpa e sustentável que podemos criar com elementos não tóxicos e facilmente disponíveis. Nossa fotossíntese artificial é o caminho a seguir.”

A fotossíntese é uma dança complexa de processos pelos quais as plantas convertem o brilho do sol e as moléculas de água em energia utilizável na forma de glicose. Para isso, eles usam um pigmento, geralmente a famosa clorofila, além de proteínas, enzimas e metais.

O processo mais próximo da fotossíntese artificial que os humanos têm hoje é a tecnologia fotovoltaica, onde uma célula solar converte a energia do sol em eletricidade. Esse processo é notoriamente ineficiente, capaz de capturar apenas cerca de 20% da energia do sol. A fotossíntese, por outro lado, é radicalmente mais eficiente; é capaz de armazenar 60% da energia do sol como energia química em biomoléculas associadas.

A eficiência de células fotovoltaicas simples – painéis solares – é limitada pela capacidade dos semicondutores de absorver energia luminosa e pela capacidade da célula de produzir energia. Esse limite é algo que os cientistas poderiam superar com a fotossíntese sintética.

“Com a fotossíntese artificial, não há limitações físicas fundamentais”, disse Pushkar. “Você pode facilmente imaginar um sistema com 60% de eficiência porque já temos um precedente na fotossíntese natural. E se formos muito ambiciosos, podemos até imaginar um sistema com até 80% de eficiência.

“A fotossíntese é extremamente eficiente quando se trata de dividir a água, um primeiro passo da fotossíntese artificial. As proteínas do Fotossistemas II nas plantas fazem isso mil vezes por segundo. Pisque e está feito.”

O grupo de Pushkar está imitando o processo construindo seu próprio análogo de folha artificial que coleta luz e divide moléculas de água para gerar hidrogênio. O hidrogênio pode ser usado como combustível por si só por meio de células de combustível ou adicionado a outros combustíveis, como gás natural, ou incorporado em células de combustível para alimentar tudo, desde veículos a residências, pequenos dispositivos eletrônicos, laboratórios e hospitais. Sua descoberta mais recente, uma visão sobre a forma como as moléculas de água se dividem durante a fotossíntese, foi  publicada recentemente na revista Chem Catalysis: Cell Press .

Cientistas do laboratório de Pushkar fazem experimentos com proteínas naturais do fotossistema II e combinações de catalisadores sintéticos na tentativa de entender o que funciona melhor – e por quê. Ela também prioriza o uso de compostos e produtos químicos que são facilmente abundantes na Terra, facilmente acessíveis e não tóxicos para o planeta.

O progresso na fotossíntese artificial é complicado, porém, pelo fato de que a fotossíntese é tão multifacetada, um fato lamentado por estudantes de bioquímica em todos os lugares.

“A reação é muito complexa”, disse Pushkar. “A química da divisão de moléculas de água é extremamente complexa e difícil.”

Os cientistas têm trabalhado na fotossíntese artificial desde a década de 1970. Isso é muito tempo, mas não quando você lembra que a fotossíntese levou milhões de anos para evoluir. Não apenas isso, mas os cientistas acreditam que, ao contrário do voo, comunicação ou inteligência, a fotossíntese evoluiu apenas uma vez – cerca de 3 bilhões de anos atrás, apenas cerca de 1,5 bilhão de anos após a existência da Terra.

Pushkar postula que nos próximos 10 a 15 anos, progresso suficiente terá sido feito para que os sistemas comerciais de fotossíntese artificial possam começar a entrar em operação. Sua pesquisa é financiada pela National Science Foundation.

Fonte: Novus Light. Tradução: Equipe Agron. Imagem principal: Depositphotos.

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