Por muitos anos, pesquisadores vêm trabalhando para construir dispositivos que possam imitar a fotossíntese — o processo pelo qual as plantas utilizam luz solar e dióxido de carbono para produzir seu próprio combustível. Folhas artificiais usam luz solar para separar a água em oxigênio e hidrogênio, que podem então ser utilizados para abastecer carros ou gerar eletricidade. Agora, uma equipe de pesquisa está focada em criar combustíveis ainda mais densos em energia.
Empresas já fabricam combustíveis sintéticos há quase um século ao combinar monóxido de carbono (que pode ser obtido a partir do dióxido de carbono) e hidrogênio sob altas temperaturas. No entanto, a expectativa é que folhas artificiais possam, eventualmente, realizar um tipo semelhante de síntese de maneira mais sustentável e eficiente, aproveitando o poder do sol.
O dispositivo produz etileno e etano, provando que folhas artificiais podem gerar hidrocarbonetos. Essa inovação pode oferecer uma forma mais barata e limpa de fabricar combustíveis, produtos químicos e plásticos.
Para Virgil Andrei, líder da pesquisa na Universidade de Cambridge, o objetivo final é utilizar essa tecnologia para criar combustíveis que não deixem uma pegada de carbono prejudicial após a queima. Se o processo utilizar dióxido de carbono capturado do ar ou de usinas de energia, os combustíveis resultantes poderão ser neutros em carbono — reduzindo a necessidade de continuar extraindo combustíveis fósseis.
“Eventualmente, queremos ser capazes de obter dióxido de carbono para produzir os combustíveis e produtos químicos de que precisamos para a indústria e para o nosso dia a dia”, afirma Andrei, que coassinou um estudo publicado na Nature Catalysis em fevereiro. “Isso acabaria imitando o próprio ciclo de carbono da natureza, eliminando a necessidade de recursos fósseis adicionais.”
Nanoflores de cobre
Como outras folhas artificiais, o dispositivo da equipe aproveita a energia do sol para criar produtos químicos. No entanto, produzir hidrocarbonetos é um processo mais complexo do que gerar hidrogênio, pois exige mais energia.
Para atingir esse objetivo, os pesquisadores introduziram algumas inovações. A primeira foi o uso de um catalisador especializado feito de pequenas estruturas de cobre em forma de flor, desenvolvidas no laboratório de Peidong Yang, coautor do estudo, na Universidade da Califórnia, em Berkeley. De um lado do dispositivo, elétrons se acumulavam na superfície dessas nanoflores. Esses elétrons eram então usados para converter dióxido de carbono e água em uma variedade de moléculas, incluindo etileno e etano, hidrocarbonetos que contêm dois átomos de carbono cada.
Essas estruturas em formato de nanoflor são ajustáveis e podem ser modificadas para produzir uma ampla gama de moléculas, explica Andrei: “Dependendo da nanostrutura do catalisador de cobre, você pode obter produtos completamente diferentes.”
Do outro lado do dispositivo, a equipe também desenvolveu uma maneira mais eficiente de obter elétrons utilizando nanofios de silício que absorvem luz para processar glicerol em vez de água, que é mais comumente usada. Um benefício adicional desse processo baseado em glicerol é que ele pode gerar compostos úteis, como glicerato, lactato e acetato, que podem ser aproveitados para uso nas indústrias de cosméticos e farmacêutica.
Ampliação da escala
Embora o sistema experimental tenha funcionado, esse avanço é apenas um passo inicial rumo à criação de uma fonte de combustível comercialmente viável. “Esta pesquisa mostra que esse conceito pode funcionar”, afirma Yanwei Lum, professor assistente de engenharia química e biomolecular na Universidade Nacional de Singapura. No entanto, ele acrescenta: “O desempenho ainda não é suficiente para aplicações práticas. Ainda não chegamos lá.”
Andrei explica que o dispositivo precisa ser significativamente mais durável e eficiente para ser adotado na produção de combustíveis. No entanto, o trabalho está avançando na direção certa.
“Estamos progredindo porque exploramos conceitos mais não convencionais e utilizamos técnicas de ponta que antes não estavam realmente disponíveis”, afirma. “Estou bastante otimista de que essa tecnologia poderá decolar nos próximos cinco a dez anos.”
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