Imagine que pudéssemos fazer o que as plantas verdes podem fazer:a fotossíntese. Então poderíamos satisfazer nossas enormes necessidades de energia com hidrogênio verde profundo e biodiesel neutro para o clima. Os cientistas vêm trabalhando nisso há décadas. O químico Chengyu Liu receberá seu doutorado em 8 de junho por mais uma etapa que aproxima a fotossíntese artificial. Ele espera que seja comum em cinquenta anos.
Na verdade, já podemos alcançar a fotossíntese como as plantas verdes. A energia solar converte CO₂ e água em oxigênio e compostos químicos que podemos usar como combustível. Hidrogênio, por exemplo, mas também compostos de carbono como os encontrados na gasolina. Mas os custos são maiores do que o valor do combustível que produz. Se isso mudar, e pudermos aumentar essa fotossíntese artificial de forma gigantesca, todos os nossos problemas de energia serão resolvidos. Então CO₂ as emissões da produção de energia se tornarão negativas.

Promissor, mas ainda não chegamos lá

Embora pareça promissor, ainda não chegamos lá. Chengyu Liu, um dos pesquisadores dedicados que trabalham com fotossíntese artificial:"Agora que este assunto é um tema tão quente em todo o mundo, acho que a primeira aplicação real disso será um fato dentro de vinte anos". Mas isso não é tudo, ele continua:"Após a introdução de uma nova tecnologia como esta, sempre leva décadas para se tornar uma prática comum. Foi o mesmo após a invenção da máquina a vapor no século XIX. outros trinta a cinquenta anos antes de ser usado industrialmente em grande escala."

Hidrogênio verde real

Já temos carros movidos a hidrogênio, com apenas água como gás de escape. Mas é preciso muita energia para fazer esse hidrogênio. O "hidrogênio verde" que produzimos hoje em dia significa apenas que obtemos a energia para produzi-lo de um moinho de vento ou painel solar, e não de carvão, gás ou petróleo. Com a fotossíntese, essa energia vem diretamente do sol, sem que um painel solar tenha que fornecer energia primeiro.

Sem árvores falsas, mas são necessárias grandes superfícies

Como seria o nosso mundo quando a fotossíntese artificial fosse o padrão? Teríamos árvores artificiais com folhas artificiais em todos os lugares para atender às nossas necessidades de energia? "Na verdade, você precisa de superfícies enormes para captar a luz, CO₂ gás e água (vapor). Isso pode ser feito, por exemplo, na forma de painéis solares em telhados. Ou poderíamos colocar caixas de fotossíntese no deserto, trabalhando durante o dia e coletando vapor d'água à noite. Deve haver muito mais maneiras diferentes de usar esse tipo de configuração. Assim que resolvermos com sucesso o problema do preço das reações em si, o próximo passo será a otimização dos dispositivos para aplicações em larga escala."

Liu já o prevê totalmente:"Seria ótimo se pudéssemos usar água do mar, porque ela não é escassa. Usaríamos então um dispositivo que produz energia muito barata com luz solar livre, água do mar livre e CO₂ . A energia fóssil seria muito cara em comparação."

Dois componentes:divisão de água e CO₂ redução

A fotossíntese artificial, como a variante natural das plantas verdes, consiste em duas partes. Um deles é a divisão da água em hidrogênio e oxigênio. A outra é a redução do dióxido de carbono em hidrocarbonetos ricos em energia. O objetivo é atingir essas duas partes em um sistema que, por um lado, reduz o CO₂ conteúdo do ar e, por outro lado, produz combustíveis e oxigênio.

O catalisador ideal:eficiente, barato e prontamente disponível

Em seu Ph.D. pesquisa, Liu concentrou-se na primeira parte da divisão da água, que produz hidrogênio e oxigênio. Um acelerador ou catalisador de reação pode ajudar a tornar essa reação mais eficiente em termos de energia. Liu:"Entre outras coisas, desenvolvi estratégias para projetar catalisadores mais eficientes. O catalisador ideal não é apenas eficiente, mas também barato e prontamente disponível. Não deve ser um metal raro, por exemplo, que você precisa obter de algum lugar com muitos danos ambientais."

Um dos melhores momentos

Encontrar o catalisador ideal é um dos maiores desafios no campo da pesquisa, diz Liu. "Um dos melhores momentos da minha pesquisa foi quando encontrei uma nova estratégia para projetar um catalisador para a produção de hidrogênio, em um ambiente com pH neutro."

A pesquisa de Liu forneceu novas regras de design e ideias sobre como obter fotossíntese artificial eficiente. "Os resultados fornecem uma compreensão fundamental, bem como uma estratégia prática para encontrar novos catalisadores para a oxidação da água. Espero continuar minha pesquisa. Eventualmente, gostaria de ser um dos pesquisadores que alcançaram um sistema completo de fotossíntese artificial."

O promotor Bonnet vê Liu estando lá quando os pesquisadores tornam um sistema completo de fotossíntese artificial realista. "Meu sentimento é que se as pessoas encontrarem uma maneira de realizar a fotossíntese artificial eficiente um dia, ou uma maneira de fazer uma folha artificial, Chengyu poderia ser um deles. Ele tem a paixão, a compreensão, a excelente atitude científica e recebeu excelente formação." + Explorar mais

Aumentando a eficiência na fotossíntese artificial