Embora as folhas artificiais sejam uma forma de tirar o dióxido de carbono - um potente gás de efeito estufa - da atmosfera, há um "lado negro das folhas artificiais que passou despercebido por mais de uma década, "de acordo com Meenesh Singh, professor assistente de engenharia química na University of Illinois at Chicago College of Engineering.

Folhas artificiais funcionam convertendo dióxido de carbono em combustível e água em oxigênio usando a energia do sol. Os dois processos ocorrem separadamente e simultaneamente em cada lado de uma célula fotovoltaica:o oxigênio é produzido no lado "positivo" da célula e o combustível é produzido no lado "negativo".

Singh, quem é o autor correspondente de um novo artigo em Materiais de energia aplicada ACS , diz que as folhas artificiais atuais são extremamente ineficientes. Eles acabam convertendo apenas 15% do dióxido de carbono que ingerem em combustível e liberam 85% dele, junto com o gás oxigênio, de volta à atmosfera.

"As folhas artificiais que temos hoje não estão realmente prontas para cumprir sua promessa de soluções de captura de carbono porque não capturam todo o dióxido de carbono, e de fato, liberam a maior parte do gás dióxido de carbono que absorvem do lado "positivo" de evolução do oxigênio, "Singh disse.

A razão pela qual as folhas artificiais liberam tanto dióxido de carbono de volta para a atmosfera tem a ver com o local para onde o dióxido de carbono vai na célula fotoeletroquímica.

Quando o dióxido de carbono entra na célula, ele viaja através do eletrólito da célula. No eletrólito, o dióxido de carbono dissolvido se transforma em ânions de bicarbonato, que viajam através da membrana para o lado "positivo" da célula, onde o oxigênio é produzido. Este lado da célula tende a ser muito ácido devido à divisão da água em gás oxigênio e prótons. Quando os ânions de bicarbonato interagem com o eletrólito ácido no lado anódico da célula, o dióxido de carbono é produzido e liberado com o gás oxigênio.

Singh observou que um fenômeno semelhante de liberação de dióxido de carbono que ocorre na folha artificial pode ser visto na cozinha quando o bicarbonato de sódio (solução de bicarbonato) é misturado com vinagre (solução ácida) para liberar efervescência de bolhas de dióxido de carbono.

Para resolver este problema, Singh, em colaboração com pesquisadores do Caltech Meng Lin, Lihao Han e Chengxiang Xiang, desenvolveu um sistema que usa uma membrana bipolar que impede que os ânions do bicarbonato atinjam o lado "positivo" da folha enquanto neutraliza o próton produzido.

A membrana colocada entre os dois lados da célula fotoeletroquímica mantém o dióxido de carbono longe do lado ácido da folha, impedindo sua fuga de volta para a atmosfera. Folhas artificiais usando essa membrana especializada transformaram 60% a 70% do dióxido de carbono que absorviam em combustível.

"Nossa descoberta representa mais um passo para tornar as folhas artificiais uma realidade, aumentando a utilização de dióxido de carbono, "Singh disse.

No início deste ano, Singh e seus colegas publicaram um artigo na ACS Sustainable Chemistry &Engineering, onde eles propuseram uma solução para outro problema com folhas artificiais:os modelos atuais usam dióxido de carbono pressurizado de tanques, não a atmosfera.

Ele propôs outra membrana especializada que permitiria às folhas capturar o dióxido de carbono diretamente da atmosfera. Singh explica que esta ideia, juntamente com as descobertas relatadas nesta publicação atual sobre o uso de mais capturas de dióxido de carbono, deve ajudar a tornar a tecnologia de folha artificial totalmente implementável.