Tornando viável a fotossíntese artificial

Claudio Macedo
20/09/2016

O sol e o vento têm ampliado consideravelmente a participação na matriz energética mundial. A natureza inconstante dessas fontes de energia renováveis, por outro lado, tem demandado um grande esforço de pesquisa em tecnologias de armazenamento mais eficientes, ambientalmente amigáveis e acessíveis [2]. Essa tendência, é particularmente evidente na investigação da chamada fotossíntese artificial; um processo que permite um ciclo ambientalmente harmonioso: produção de hidrogênio por dissociação da água utilizando energia solar; uso do combustível hidrogênio como fonte de energia; liberação final de apenas água. Até agora, a investigação nessa linha tem priorizado o desenvolvimento de novos materiais de absorção e catalisadores para melhorar a eficiência. [3]

A novidade do momento é o desenvolvimento por pesquisadores alemães do primeiro dispositivo completo e compacto para realização de fotossíntese artificial em grande escala. Trata-se da concepção e realização de um sistema integrado de separação fotoeletroquímica direta da água através de uma combinação de células solares e eletrolisadores. Em termos práticos, o sistema obtém combustível hidrogênio a partir da energia solar [4].

Os pesquisadores planejaram o sistema utilizando o conceito de unidades básicas. Cada unidade básica, concebida como um dispositivo independente de dissociação de água, contém várias células solares ligadas em série umas às outras por uma técnica especial de laser. Esta ligação em série faz com que a unidade atinja a tensão de 1,8 volts necessária para a produção de hidrogênio.

O protótipo apresentado pelos autores consiste de um módulo com área de 64 cm² (8 cm x 8 cm) composto por 13 unidades básicas, elaborado usando tecnologia fotovoltaica de filmes finos de silício e catalisadores de metais não preciosos em solução alcalina. No entanto, o conceito é compatível com qualquer tecnologia fotovoltaica de filmes finos e escalável por repetição das unidades básicas, tornando possível fabricar sistemas de qualquer tamanho. Em testes, o protótipo exibiu estabilidade em operação durante mais de 40 h, com eficiência de 3,9% na conversão da energia solar para energia armazenada no combustível hidrogênio. Para efeito de comparação, a eficiência da fotossíntese natural é de apenas 1%.

Os pesquisadores acreditam que, dentro de um tempo relativamente curto, o sistema poderá ter sua eficiência aumentada para cerca de 10%, utilizando materiais de células solares convencionais. Além disso, é possível o uso de perovskitas, uma nova classe de materiais híbridos, com o que será factível conseguir que a eficiência alcance até 14% [3].

Os autores pretendem fazer o lançamento comercial do produto a curto prazo. A decisão de viabilidade comercial da novidade certamente será o custo de produção do hidrogênio. Os investigadores têm desenvolvido um sistema a partir de materiais de baixo custo e facilmente disponíveis. A perspectiva é, portanto, muito boa. [5]

[1] Crédito da imagem: B Turan et al. / Creative Commons (CC BY 4.0). URL: http://www.nature.com/ncomms/2016/160907/ncomms12681/extref/ncomms12681-s1.pdf.

[2] C Macedo. Bateria de fluxo. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2015/10/bateria-de-fluxo/. Publicado em 01 de outubro (2015).

[3] Forschungszentrum Jülich. From Leaf to Tree: Large-Scale Artificial Photosynthesis. URL: https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/EN/2016/2016-09-09from-leaf-to-tree.html. Publicado em 9 setembro (2016).

[4] B Turan et al. Upscaling of integrated photoelectrochemical water-splitting devices to large areas. Nature Communications 7, 12681 (2016).

[5] Artigos relacionados: Imitando a fotossíntese para produzir combustível não poluente, Obtendo eficiência plena na produção de combustível limpo e renovável, Aclimatação florestal pode amenizar efeitos do aquecimento global e Célula solar eficiente até na chuva!

Como citar este artigo: Claudio Macedo. Tornando viável a fotossíntese artificial. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2016/09/tornando-viavel-a-fotossintese-artificial/. Publicado em 20 de setembro (2016).

Artigos de Claudio Macedo     Home