Pesquisadores do Instituto de Microbiologia da Academia Chinesa de Ciências relataram um novo sistema biofotovoltaico (BPV) baseado em um consórcio microbiano sintético com fluxo de elétrons restrito. Este sistema BPV pode operar de forma estável por mais de 40 dias, estabelecendo um novo marco de longevidade BPV, de acordo com um artigo recente em Nature Communications .

BPV é uma tecnologia emergente que emprega materiais fotossintéticos biológicos (principalmente microorganismos fotossintéticos vivos) para converter energia solar em eletricidade. BPV é mais ecologicamente correto e potencialmente mais econômico do que os fotovoltaicos baseados em semicondutores (PV), dada a toxicidade e a natureza difícil de reciclar dos materiais fotovoltaicos.

Contudo, as densidades de potência dos sistemas BPV relatadas até o momento têm sido baixas, já que os microrganismos fotossintéticos têm uma capacidade fraca de transferir elétrons para fora das células. Para contornar este problema, pesquisadores criaram um consórcio microbiano de duas espécies.

Este consórcio microbiano é composto por cianobactérias fotossintéticas e pela bactéria exoeletrogênica Shewanella, com o último inerentemente possuindo forte atividade exoeletrogênica. O D-lactato foi selecionado como o transportador de energia responsável pela transferência de energia dirigida entre cianobactérias e Shewanella (Fig. 1).

Neste consórcio microbiano, cianobactérias capturam energia solar e fixam CO ₂ para sintetizar D-lactato, enquanto Shewanella produz eletricidade oxidando D-lactato, criando assim um fluxo de elétrons restrito de fótons para D-lactato, em seguida, para a eletricidade.

Por meio da manipulação genética, bem como a manipulação do meio de crescimento e do dispositivo, os dois microrganismos muito diferentes são capazes de trabalhar juntos de forma eficaz. Este sistema BPV gera uma densidade de potência de 150 mW · m ^-2 em uma configuração de separação temporal, que é aproximadamente uma ordem de magnitude maior do que dispositivos BPV sem mediador com configurações convencionais.

Os pesquisadores demonstraram ainda que este sistema BPV pode operar de forma estável por mais de 40 dias a uma densidade de potência média de 135 mW · m ^-2 em uma configuração de separação espaço-temporal com reposição média. Isso representa a maior longevidade e saída de energia por dispositivo de qualquer sistema BPV relatado até o momento.