p Dentro de alguns anos, pessoas em vilas remotas no mundo em desenvolvimento podem ser capazes de fazer seus próprios painéis solares, a baixo custo, usando resíduos agrícolas sem valor como sua matéria-prima. p Essa é a visão do pesquisador do MIT Andreas Mershin, cujo trabalho aparece esta semana no jornal de acesso aberto Relatórios Científicos . O trabalho é uma extensão de um projeto iniciado há oito anos por Shuguang Zhang, um cientista pesquisador principal e diretor associado do Centro de Engenharia Biomédica do MIT. Zhang foi o autor sênior do novo artigo, juntamente com Michael Graetzel, da École Polytechnique Fédérale de Lausanne da Suíça.

p Em seu trabalho original, Zhang conseguiu alistar um complexo de moléculas conhecido como fotossistema-I (PS-I), as minúsculas estruturas dentro das células vegetais que realizam a fotossíntese. Zhang e colegas derivaram o PS-I de plantas, estabilizou quimicamente e formou uma camada sobre um substrato de vidro que poderia - como uma célula fotovoltaica convencional - produzir uma corrente elétrica quando exposta à luz.

p Mas esse sistema inicial tinha algumas desvantagens. A montagem e a estabilização exigiram produtos químicos caros e equipamentos de laboratório sofisticados. Além do mais, a célula solar resultante era fraca:sua eficiência era várias ordens de magnitude muito baixa para ter alguma utilidade, o que significa que teve que ser explodido com um laser de alta potência para produzir qualquer corrente.

p Agora, Mershin diz que o processo foi simplificado a ponto de praticamente qualquer laboratório poder replicá-lo - incluindo laboratórios de ciências de faculdades ou mesmo escolas de segundo grau - permitindo que pesquisadores de todo o mundo comecem a explorar o processo e fazer mais melhorias. A eficiência do novo sistema é 10, 000 vezes maior do que na versão anterior - embora convertendo apenas 0,1 por cento da energia da luz solar em eletricidade, ainda precisa melhorar mais ou menos dez vezes para se tornar útil, ele diz.

p A chave para alcançar esta grande melhoria na eficiência, Mershin explica, estava encontrando uma maneira de expor muito mais do complexo PS-I por área de superfície do dispositivo ao sol. O trabalho anterior de Zhang simplesmente produziu uma fina camada plana do material; A inspiração de Mershin para o novo avanço foram os pinheiros em uma floresta.

p Mershin, um cientista pesquisador no MIT Center for Bits and Atoms, notou que, embora a maioria dos pinheiros tivesse troncos nus e uma copa de galhos apenas no topo, alguns tinham pequenos galhos em todo o comprimento do tronco, capturando qualquer luz solar que gotejava de cima. Ele decidiu criar uma floresta microscópica em um chip, com PS-I revestindo suas “árvores” de cima a baixo.

p Transformar esse insight em um dispositivo prático levou anos de trabalho, mas no final Mershin foi capaz de criar uma minúscula floresta de nanofios de óxido de zinco (ZnO), bem como uma nanoestrutura de dióxido de titânio esponjoso (TiO2) revestida com o material coletor de luz derivado de bactérias. Os nanofios não serviram apenas como uma estrutura de suporte para o material, mas também como fios para transportar o fluxo de elétrons gerados pelas moléculas para a camada de suporte do material, a partir do qual ele pode ser conectado a um circuito. “É como uma nanofloresta elétrica, ”Diz ele.

p Como um bônus, tanto o óxido de zinco quanto o dióxido de titânio - o ingrediente principal de muitos filtros solares - são muito bons para absorver a luz ultravioleta. Isso é útil neste caso porque o ultravioleta tende a danificar o PS-I, mas nessas estruturas essa luz prejudicial é absorvida pela estrutura de suporte.

p Mershin pensa que, porque ele e seus colegas agora reduziram a barreira de entrada para trabalhos futuros com esses materiais, o progresso para melhorar sua eficiência deve ser rápido. Em última análise, uma vez que a eficiência atinge 1 ou 2 por cento, ele diz, isso será bom o suficiente para ser útil, porque os ingredientes são tão baratos e o processamento tão simples.

p “Você pode usar qualquer coisa verde, até mesmo aparas de grama ”como matéria-prima, ele diz - em alguns casos, resíduos que as pessoas pagariam para retirar. Enquanto centrífugas foram usadas para concentrar as moléculas de PS-I, a equipe propôs uma maneira de atingir essa concentração usando membranas baratas para filtração. Nenhuma condição especial de laboratório é necessária, Mershin diz:“Pode ser muito sujo e ainda funciona, por causa da forma como a natureza o projetou. A natureza funciona em ambientes sujos - é o resultado de bilhões de experimentos ao longo de bilhões de anos. ”

p Porque o sistema é tão barato e simples, ele espera que isso se torne uma "maneira de levar eletricidade de baixa tecnologia para pessoas que nunca foram consideradas consumidores ou produtores de tecnologia de energia solar". Ele espera que as instruções para fazer uma célula solar sejam simples o suficiente para serem reduzidas a “Uma folha de instruções de desenho animado, sem palavras. ”O único ingrediente a ser comprado seriam produtos químicos para estabilizar as moléculas de PS-I, que pode ser embalado de forma econômica em um saco plástico.

p Essencialmente, Mershin diz, dentro de alguns anos, um aldeão em um local remoto, localização fora da rede poderia “levar aquela bolsa, misture-o com qualquer coisa verde e pinte-o no telhado ”para começar a produzir energia, que poderia então carregar celulares ou lanternas. Hoje, a fonte de iluminação mais amplamente utilizada em tais locais são lanternas de querosene - "as mais caras, forma de iluminação mais insalubre que existe, ele diz. “A iluminação noturna é a forma número um de sair da pobreza, ”Ele acrescenta, porque permite que as pessoas que trabalham no campo o dia todo leiam à noite e estudem.

p Babak Parviz, professor associado de engenharia elétrica da Universidade de Washington, especializado em bionanotecnologia, afirma que este é “um artigo muito empolgante e um passo muito bom em direção à integração de biomoléculas para a construção de células solares. Isso mostra um primeiro passo muito promissor e criativo para a construção de células fotovoltaicas orgânicas que podem usar núcleos produzidos biologicamente (naturalmente). ”Ele acrescenta que, embora o sistema atual ainda precise de mais desenvolvimento, “Mais trabalhos no campo talvez possam melhorar a estabilidade e o desempenho desses dispositivos”.

p A pesquisa foi financiada em parte por uma bolsa irrestrita da Intel Corp. e também incluiu pesquisadores da Universidade do Tennessee. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.