p (PhysOrg.com) - Uma equipe de pesquisadores do MIT encontrou uma nova maneira de imitar o processo pelo qual as plantas usam a energia da luz solar para dividir a água e fazer combustível químico para impulsionar seu crescimento. Nesse caso, a equipe usou um vírus modificado como uma espécie de estrutura biológica que pode montar os componentes em nanoescala necessários para dividir uma molécula de água em átomos de hidrogênio e oxigênio. p A divisão da água é uma maneira de resolver o problema básico da energia solar:ela só está disponível quando o sol brilha. Usando a luz do sol para fazer hidrogênio a partir da água, o hidrogênio pode então ser armazenado e usado a qualquer momento para gerar eletricidade usando uma célula de combustível, ou para fazer combustíveis líquidos (ou ser usados ​​diretamente) para carros e caminhões.

p Outros pesquisadores fizeram sistemas que usam eletricidade, que pode ser fornecido por painéis solares, para dividir as moléculas de água, mas o novo sistema de base biológica pula as etapas intermediárias e usa a luz do sol para impulsionar a reação diretamente. O avanço é descrito em artigo publicado no dia 11 de abril em Nature Nanotechnology .

p O time, liderado por Angela Belcher, o Professor Germeshausen de Ciência e Engenharia de Materiais e Engenharia Biológica, projetou um comum, vírus bacteriano inofensivo chamado M13 para que se atraísse e se ligasse a moléculas de um catalisador (a equipe usou óxido de irídio) e um pigmento biológico (porfirinas de zinco). Os vírus tornaram-se dispositivos semelhantes a fios que podiam separar de maneira muito eficiente o oxigênio das moléculas de água.

p Hora extra, Contudo, os fios de vírus se agrupariam e perderiam sua eficácia, então os pesquisadores adicionaram uma etapa extra:encapsulá-los em uma matriz de microgel, assim, eles mantiveram seu arranjo uniforme e mantiveram sua estabilidade e eficiência.

p Embora o hidrogênio obtido da água seja o gás que seria usado como combustível, a separação do oxigênio da água é a "meia-reação" mais desafiadora tecnicamente no processo, Belcher explica, então sua equipe se concentrou nesta parte. Plantas e cianobactérias (também chamadas de algas verdes), ela diz, "desenvolveram sistemas fotossintéticos altamente organizados para a oxidação eficiente da água." Outros pesquisadores tentaram usar as partes fotossintéticas das plantas diretamente para aproveitar a luz solar, mas esses materiais podem ter problemas de estabilidade estrutural.

p Belcher decidiu que, em vez de pegar emprestado os componentes das plantas, ela pegaria emprestado seus métodos. Em células vegetais, pigmentos naturais são usados ​​para absorver a luz solar, enquanto os catalisadores promovem a reação de divisão da água. Esse é o processo Belcher e sua equipe, incluindo o estudante de doutorado Yoon Sung Nam, o autor principal do novo artigo, decidiu imitar.

p No sistema da equipe, os vírus simplesmente agem como uma espécie de estrutura, fazendo com que os pigmentos e catalisadores se alinhem com o tipo certo de espaçamento para acionar a reação de divisão da água. O papel dos pigmentos é "atuar como uma antena para captar a luz, "Belcher explica, "e, em seguida, transfere a energia ao longo do vírus, como um fio. O vírus é um coletor de luz muito eficiente, com essas porfirinas anexadas.

p "Usamos componentes que as pessoas usaram antes, " Ela adiciona, "mas usamos a biologia para organizá-los para nós, para obter melhor eficiência. "

p Usar o vírus para fazer o sistema se montar melhora a eficiência da produção de oxigênio quatro vezes, Nam diz. Os pesquisadores esperam encontrar um sistema de base biológica semelhante para realizar a outra metade do processo, a produção de hidrogênio. Atualmente, os átomos de hidrogênio da água se dividem em seus prótons e elétrons componentes; uma segunda parte do sistema, agora sendo desenvolvido, combinaria estes de volta em átomos e moléculas de hidrogênio. A equipe também está trabalhando para encontrar um lugar-comum mais material menos caro para o catalisador, para substituir o irídio relativamente raro e caro usado neste estudo de prova de conceito.

p Thomas Mallouk, o Professor DuPont de Química e Física de Materiais na Universidade Estadual da Pensilvânia, que não estava envolvido neste trabalho, diz, "Este é um trabalho extremamente inteligente que aborda um dos problemas mais difíceis da fotossíntese artificial, nomeadamente, a organização em nanoescala dos componentes para controlar as taxas de transferência de elétrons. "

p Ele acrescenta:"Há uma combinação assustadora de problemas a serem resolvidos antes que este ou qualquer outro sistema fotossintético artificial possa realmente ser útil para a conversão de energia." Para ser competitivo em termos de custos com outras abordagens de energia solar, ele diz, o sistema precisaria ser pelo menos 10 vezes mais eficiente do que a fotossíntese natural, ser capaz de repetir a reação um bilhão de vezes, e usar materiais mais baratos. "É improvável que isso aconteça em um futuro próximo, "ele diz." No entanto, a ideia de design ilustrada neste artigo pode, em última análise, ajudar com uma peça importante do quebra-cabeça. "

p Belcher nem vai especular sobre quanto tempo pode levar para desenvolver isso em um produto comercial, mas ela diz que dentro de dois anos espera ter um dispositivo protótipo que pode realizar todo o processo de divisão da água em oxigênio e hidrogênio, usando um sistema autossustentável e durável.