Uma folha artificial que pode coletar energia do sol mais rápido do que uma folha natural pode levar a uma nova geração de energia renovável e tecnologias médicas.

Ao longo de centenas de milhões de anos, a evolução refinou um processo que permite às plantas usar a energia do sol para transformar dióxido de carbono e água no combustível açucarado de que precisam para crescer.

As elegantes séries de reações bioquímicas envolvidas neste processo são alguns dos blocos de construção fundamentais da vida neste planeta.

Mas agora os cientistas venceram a natureza em seu próprio jogo, criando uma folha semi-artificial que incorpora alguns dos componentes aprimorados pela evolução para produzir um dispositivo que é até seis vezes mais eficiente.

“Quando os componentes naturais da fotossíntese são incorporados em dispositivos artificiais, esses dispositivos superam a capacidade de transferência de elétrons encontrada no ambiente natural, "disse o Dr. Nicolas Plumeré, um químico na Ruhr-University Bochum, na Alemanha.

Ele e seus colegas, como parte do projeto PHOTOTECH financiado pela UE, usaram uma proteína encontrada em folhas reais que é responsável pelo transporte de elétrons durante a fotossíntese para criar sua folha semi-artificial.

"Sob a luz, uma proteína encontrada em folhas naturais ou algas pode produzir cerca de 50 elétrons de alta energia a cada segundo, "explicou o Dr. Plumeré." Quando esta mesma proteína é incorporada em folhas artificiais, até 300 elétrons de alta energia são produzidos a cada segundo. "

O Dr. Plumeré espera que esta abordagem possa, eventualmente, fornecer novos, tecnologias de células solares simples e baratas - também conhecidas como células fotovoltaicas - baseadas na fotossíntese, embora ele avise que a tecnologia ainda está a anos de encontrar aplicações comerciais.

"Fotovoltaicos verdes em grande escala poderiam simplesmente ser pintados em uma parede para coletar energia solar diretamente em seu ponto de uso, ", disse ele. A tecnologia também pode ser usada para alimentar pequenos dispositivos médicos, como sensores implantados em lentes de contato para monitorar biomarcadores em lágrimas.

Como a proteína necessária para os dispositivos pode ser obtida a partir de algas, pode ser produzido a um custo baixo em comparação com os metais de terras raras necessários para as células de painéis solares atuais.

"Esses materiais fotossintéticos podem ser cultivados em águas residuais e os elementos químicos necessários para sua montagem estão infinitamente disponíveis, "disse o Dr. Plumeré." Como tal, eles abrem uma grande promessa para dispositivos futuros para a colheita de energia sustentável, que podem ser fabricados de maneira sustentável. "

A produção de dispositivos que podem gerar energia renovável de forma ambientalmente correta pode desempenhar um papel fundamental para ajudar a substituir a dependência do planeta de combustíveis fósseis poluentes. Mas a natureza intermitente de tais fontes de energia renováveis ​​torna essa tarefa difícil. Quão, por exemplo, as luzes podem ser mantidas acesas quando as células solares não produzem eletricidade à noite?

Dividindo a água

A resposta está em armazenar a energia produzida por essas fontes renováveis, embora até hoje, baterias modernas e outras opções de armazenamento oferecem apenas uma capacidade limitada de fazer isso. Mas os cientistas acreditam que a fotossíntese também pode fornecer uma solução aqui também.

"A maneira mais eficaz de armazenar energia renovável é produzir um combustível como o hidrogênio, "disse o Dr. Vincent Artero, um químico da Universidade Grenoble Alpes e CEA-Grenoble, França. “Como a energia solar é a energia renovável mais abundante, por que não desenvolver um processo que captura diretamente a luz do sol e a transforma em combustível? "

O Dr. Artero e sua equipe copiaram o metabolismo de algumas algas que usam a energia solar para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa da UE, o projeto PhotocatH2ode visa incorporar corantes e catalisadores bioinspirados em uma célula fotoeletroquímica, produzindo uma espécie de folha artificial que pode gerar hidrogênio a partir da luz solar e da água.

"Nossa abordagem usa componentes moleculares, como tinturas, para absorver a luz solar e catalisadores para alcançar a produção de hidrogênio, ", disse o Dr. Artero." Este trabalho abre novos horizontes para o desenvolvimento de novas tecnologias de produção de hidrogênio. "

Imitando a natureza

Mas entender como as algas, plantas e bactérias podem converter a energia da luz em um nível molecular, o que pode levar a sistemas artificiais de coleta de luz ainda mais eficientes. Uma equipe que trabalha no projeto ENLIGHT, financiado pela UE, está desenvolvendo novos modelos teóricos e computacionais para desvendar como esses sistemas complexos, porém únicos, funcionam.

"Nestes organismos, colheita de luz é a primeira, etapa fundamental da fotossíntese, "disse a professora Benedetta Mennucci, um químico da Universidade de Pisa, na Itália, quem está liderando ENLIGHT. "Os modelos desenvolvidos agora podem ser aplicados a diferentes tipos de organismos para entender se a natureza otimizou algumas características específicas - comuns a todos os sistemas - que podem ser imitadas em artificiais."

Este trabalho pode ser crucial para impulsionar uma área emergente de pesquisa:a química movida a energia solar. O objetivo é imitar a natureza usando a energia solar diretamente para a produção de combustíveis, produtos químicos e materiais.

"Poderíamos substituir todos os nossos métodos atuais de produção de combustíveis e commodities químicas por novos que usem água, nitrogênio e dióxido de carbono como materiais de partida, junto com luz ou eletricidade renovável como entrada energética, "disse o Dr. Artero." Isso seria uma revolução para a Europa. "