A redução das emissões de carbono para prevenir as mudanças climáticas requer o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis sustentáveis ​​e renováveis. O hidrogênio molecular é considerado um dos mais promissores portadores de energia devido à sua alta densidade energética e limpa, uso livre de carbono. Um grupo de pesquisa da Universidade de Turku, Finlândia, descobriu uma maneira eficiente de transformar a energia solar em energia química de biohidrogênio por meio da fotossíntese de algas verdes que funcionam como fábricas de células.

Durante a fotossíntese, algas verdes utilizam energia solar coletada para dividir a água, libera oxigênio na atmosfera e produz biomassa que funciona como excelente matéria-prima na biorrefinaria azul.

As algas verdes também são biocatalisadores eficientes e podem transformar a energia solar e o dióxido de carbono diretamente em diferentes compostos valiosos, como vitaminas, antioxidantes, polímeros, e carboidratos.

"Quando as células de algas são incubadas pela primeira vez em condições anaeróbicas no escuro e depois expostas à luz, eles começam a produzir hidrogênio de forma eficiente, mas, infelizmente, apenas por alguns segundos, "diz o líder do grupo de pesquisa, Yagut Allahverdiyeva-Rinne, Professor Associado de Biologia Molecular de Plantas na Universidade de Turku.

Os pesquisadores já acreditaram por décadas que o principal obstáculo para a produção de hidrogênio a longo prazo em algas na luz é a destruição da enzima hidrogenase, um elemento chave neste processo, que é causada pelo oxigênio.

"Como as algas liberam oxigênio constantemente durante sua fotossíntese, que ocorre simultaneamente com a produção de hidrogênio, a manutenção de condições anaeróbicas em culturas iluminadas tem sido particularmente problemática, "diz o pesquisador sênior Sergey Kosourov, membro do grupo de pesquisa.

Método novo e ecologicamente sustentável para produzir biohidrogênio

Os pesquisadores da Universidade de Turku decidiram aplicar o conhecimento obtido na pesquisa básica sobre a fotossíntese de algas e estabeleceram um novo método para a produção de hidrogênio que não expõe as algas verdes à fome nutricional adicional e, portanto, sem aplicar qualquer estresse significativo às células.

Os pesquisadores mostraram que a produção de hidrogênio poderia ser significativamente estendida simplesmente expondo as culturas de algas anaeróbicas a uma série de pulsos de luz fortes, porém curtos, que são interrompidos por períodos de escuridão mais longos.

"Sob estas condições, culturas de algas expostas à luz solar não acumulam oxigênio no meio. Além disso, as algas conduzem os elétrons resultantes da decomposição da água e carregados pela luz solar para a produção de hidrogênio em vez do acúmulo de biomassa. O processo dura por, pelo menos, vários dias e a taxa máxima de produção de hidrogênio ocorre durante as primeiras oito horas, "Kosourov diz.

A pesquisa indicou claramente que um grande obstáculo para a produção eficiente de hidrogênio não é o oxigênio, mas uma forte competição entre duas vias metabólicas:a fixação de dióxido de carbono levando ao acúmulo de biomassa e a enzima hidrogenase que catalisa a fotoprodução de hidrogênio.

“O estudo abre novas possibilidades para a construção de fábricas de células vivas eficientes para a produção de biocombustíveis e diversos produtos químicos diretamente da luz solar, dióxido de carbono e água. A pesquisa fornece informações importantes sobre como evitar o 'desperdício' de energia solar na produção de biomassa e como aplicar essa energia diretamente para a produção de bio-produtos úteis, "Allahverdiyeva-Rinne diz.

O novo método desenvolvido pelos pesquisadores é valioso tanto para a pesquisa básica da fotossíntese de algas quanto para o trabalho de pesquisa e desenvolvimento do setor industrial na produção de novas tecnologias para a produção em larga escala de biocombustíveis neutros em carbono.