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Espuma de sapo transforma energia solar em biocombustíveis e alimentos

Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/03/2010

”]Cientistas da Universidade de Cincinnati, nos Estados Unidos, inspiraram-se em um pequeno sapo existente nas Américas Central e Sul, para criar uma espuma que capta energia, pode produzir biocombustíveis ou alimentos, e ainda remove o excesso de dióxido de carbono do ar.

Fotossíntese artificial

A pesquisa é mais uma em uma lista cada vez maior do campo chamado fotossíntese artificial, na qual os cientistas estão tentando imitar a forma como as plantas captam a luz solar para produzir sua própria energia.

Na fotossíntese natural, as plantas absorvem a energia do Sol e o dióxido de carbono da atmosfera, e os convertem em oxigênio e em açúcares. O oxigênio é liberado para o ar e os açúcares são usados como fonte de energia que mantém a planta viva.

Os cientistas, por sua vez, estão encontrando formas de aproveitar a energia do sol e o carbono do ar para criar novas formas de biocombustíveis, que poderão alimentar nossos automóveis.

Espuma de sapo

O trabalho resultou na fabricação de um material fotossintético artificial que utiliza enzimas de plantas, bactérias e fungos, tudo acomodado no interior de um invólucro de espuma. Exposta à luz do Sol e ao carbono da atmosfera, a espuma gera açúcares.

A espuma é uma escolha natural: além de concentrar os reagentes, o material poroso permite uma boa penetração do ar e da luz solar.

O projeto da espuma baseou-se nos ninhos de uma pequena rãzinha tropical (Physalaemus pustulosus), que cria espumas para seus girinos que apresentam uma durabilidade incrivelmente longa. Uma proteína produzida pela rã, a Ranaspumina-2, foi utilizada como base da espuma artificial.

Melhor do que plantas e algas

“A vantagem do nosso sistema, em comparação com as plantas e as algas, é que toda a energia solar captada é convertida em açúcares livres, enquanto esses organismos precisam desviar uma grande quantidade de energia para outras funções, para manter sua vida e se reproduzir,” diz o Dr. David Wendell, que coordenou a pesquisa, referindo-se à energia líquida disponível que pode ser aproveitada a partir das plantas já crescidas para sua posterior transformação em biocombustíveis.

“Nossa espuma também não precisa do solo, não afetando a produção de alimentos, e pode ser utilizada em ambientes com alta concentração de dióxido de carbono, como nas chaminés das centrais elétricas a carvão,” diz ele, ressaltando que dióxido de carbono em excesso paralisa a fotossíntese natural.

Biocombustível ou alimento

O produto da “espuma fotossintética”, os açúcares, pode ser utilizado como insumo para uma grande variedade de produtos, incluindo o etanol e outros biocombustíveis. Mas nada impede que o material seja utilizado também para produzir alimentos.

“Esta nova tecnologia cria uma forma econômica de utilizar a fisiologia dos sistemas vivos, criando uma nova geração de materiais funcionais que incorporam intrinsecamente processos de vida em sua estrutura”, diz Dean Montemagno, coautor da pesquisa, acrescentando que o novo processo iguala ou supera outras técnicas de produção biossolar.

Larga escala

O próximo passo da equipe será tornar a tecnologia adequada para aplicações em grande escala, como a captura de carbono nas usinas a carvão.

“Isto envolve o desenvolvimento de uma estratégia para extrair a cobertura de lipídios das algas (usada para o biodiesel) e os conteúdos citoplasmáticos, e reutilizar essas proteínas na espuma”, afirma Wendell. “Estamos também estudando outras moléculas de carbono mais curtas que podemos produzir alterando o coquetel de enzimas na espuma.”

Bibliografia:

Artificial Photosynthesis in Ranaspumin-2 Based Foam
David Wendell, Jacob Todd, Dean Carlo Montemagno
Nano Letters
March 5, 2010
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nl100550k

Fotossíntese artificial gera hidrogênio para células a combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/02/2010

”]Fontes de energia do futuro

 

Células de combustível alimentadas por hidrogênio e energia solar são as duas maiores esperanças para as fontes de energia do futuro, que sejam mais amigáveis ambientalmente e, sobretudo, sustentáveis.

A combinação das duas então, é considerada como particularmente limpa: produzir hidrogênio para alimentar as células a combustível quebrando moléculas de água com a luz solar seria de fato o melhor dos mundos.

Esta é a chamada fotossíntese artificial, que vem sendo alvo de pesquisas de vários grupos de cientistas ao redor do mundo, com diferentes abordagens.

Eletrodo fotocatalítico

Agora, uma equipe liderada por Thomas Nann e Christopher Pickett, da Universidade de East Anglia, no Reino Unido, criou um fotoeletrodo eficiente e robusto e que pode ser fabricado com materiais comuns, de baixo custo.

O novo sistema consiste de um eletrodo de ouro que é recoberto com camadas formadas por nanopartículas de fosfeto de índio (InP). A seguir, os pesquisadores adicionaram um composto de ferro-enxofre [Fe2S2(CO)6] sobre as camadas.

Quando submerso em água e iluminado com a luz do Sol, sob uma corrente elétrica relativamente fraca, este sistema fotoeletrocatalítico produz hidrogênio com uma eficiência de 60%.

“Esta eficiência relativamente elevada é um avanço”, diz Nann.

Fotossíntese artificial

Que o sistema funciona os pesquisadores já comprovaram. Mas como ele funciona? Entender os mecanismos da reação é essencial para aprimorá-lo e levá-lo até aplicações práticas.

Os pesquisadores teorizam o seguinte mecanismo para a reação: as partículas de luz são absorvidas pelo nanocristais de InP, excitando os elétrons em seu interior. Nesse estado excitado, os elétrons podem ser transferidos para o composto de ferro-enxofre.

Em uma reação catalítica, o composto de ferro-enxofre então transfere seus elétrons para os íons hidrogênio (H+) na água em volta, que são então liberados sob a forma de moléculas de hidrogênio (H2). O eletrodo de ouro fornece os elétrons necessários para repovoar os nanocristais de InP.

Hidrogênio industrial

Em contraste com os processos de fotossíntese artificial já divulgados até agora, o novo sistema funciona sem moléculas orgânicas. Estas moléculas precisam ser convertidas para um estado excitado para que possam reagir, o que faz com que se degradem ao longo do tempo.

Este problema limita o tempo de vida de sistemas de fotossíntese artificial com componentes orgânicos.

O novo sistema agora descoberto é puramente inorgânico e tem, portanto, uma vida útil muito maior.

“Nosso novo sistema de eletrodo fotocatalítico é robusto, eficiente, barato e livre de metais pesados tóxicos,” afirma Nann. “Ele pode ser uma alternativa altamente promissora para a produção de hidrogênio industrial.”

Embora sejam promissoras, o hidrogênio para as células a combustível atuais é fabricado a partir do gás natural, um “primo” do petróleo.

Bibliografia:

Water Splitting by Visible Light: A Nanophotocathode for Hydrogen Production
Thomas Nann, Saad K. Ibrahim, Pei-Meng Woi, Shu Xu, Jan Ziegler, Christopher J. Pickett
Angewandte Chemie International Edition
5 Feb 2010
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/anie.200906262