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Estudo conduzido por pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong apresenta um sistema de fotossíntese artificial que usa luz solar natural para converter dióxido de carbono e água em monóxido de carbono, insumo usado na produção de combustíveis sintéticos
Uma equipe de cientistas chineses desenvolveu um sistema de laboratório baseado em fotossíntese artificial capaz de transformar dióxido de carbono e água em componentes essenciais para combustíveis sintéticos utilizando apenas luz solar natural.
A pesquisa indica um possível caminho para reciclar dióxido de carbono, um dos principais gases de efeito estufa, e transformá-lo em insumos energéticos que podem ser utilizados na infraestrutura atual de combustíveis e motores.
O sistema descrito pelos pesquisadores utiliza um material chamado “reservatório de carga”, projetado para armazenar energia solar temporariamente na forma de carga elétrica.
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Essa energia é liberada sob demanda para impulsionar reações químicas capazes de converter dióxido de carbono em monóxido de carbono.
Segundo o estudo, a água funciona como a única fonte de elétrons do processo, dispensando a necessidade de substâncias químicas adicionais. O resultado é um sistema experimental que busca conectar energia renovável à produção industrial de combustíveis.
A tentativa de reproduzir a fotossíntese das plantas
Durante décadas, cientistas têm tentado reproduzir em laboratório o mecanismo natural da fotossíntese que ocorre nas plantas. Esse processo transforma dióxido de carbono e água em moléculas ricas em energia utilizando a luz solar.
A chamada fotossíntese artificial segue esse mesmo princípio e busca gerar combustíveis que possam ser armazenados e utilizados sem acrescentar carbono fóssil à atmosfera. No entanto, muitos sistemas experimentais apresentam limitações importantes.
Entre os principais problemas está a rápida perda das cargas fotogeradas durante as reações químicas. Em vários casos, os experimentos dependem também de aditivos sacrificiais, substâncias consumidas durante o processo que acabam gerando resíduos.
O novo catalisador criado por pesquisadores chineses
Para contornar essas dificuldades, uma equipe liderada por Yu Huang, da Academia Chinesa de Ciências, trabalhou em parceria com Shuncheng Lee, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong.
Os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de catalisador inspirado em componentes naturais presentes nas células vegetais que retêm elétrons durante a fotossíntese. Em vez de utilizar moléculas orgânicas, o grupo projetou um reservatório de carga inorgânico.
Esse reservatório foi construído com trióxido de tungstênio modificado com pequenas quantidades de prata. O objetivo do material é capturar e armazenar elétrons gerados pela luz solar, permitindo que sejam utilizados posteriormente nas reações químicas.
Como funciona o sistema baseado em fotossíntese artificial
No sistema desenvolvido pelos pesquisadores, a água atua como a única fornecedora de elétrons para as reações químicas. Essa característica torna o processo potencialmente mais limpo e adequado para aplicações em escala maior.
Quando a luz solar incide sobre o material à base de tungstênio, os elétrons fotoexcitados são capturados pelo reservatório de carga. Em vez de desaparecerem rapidamente, como ocorre em muitos experimentos, eles permanecem armazenados.
O material libera esses elétrons armazenados quando necessário, permitindo que a redução do dióxido de carbono aconteça de forma independente da eletrólise da água. Essa separação das etapas melhora o controle das reações químicas no sistema.
Produção de monóxido de carbono e combustíveis sintéticos
No experimento, o reservatório de carga foi combinado com um catalisador conhecido como ftalocianina de cobalto. Esse material é utilizado em pesquisas por sua capacidade de ajudar na redução do dióxido de carbono.
A combinação dos dois componentes permitiu produzir cerca de 1,5 milimol de monóxido de carbono por grama de catalisador a cada hora.
Esse resultado representa aproximadamente cem vezes mais produção do que quando a ftalocianina de cobalto é utilizada isoladamente.
O sistema alcançou esse desempenho sob luz solar natural, convertendo dióxido de carbono em monóxido de carbono. Esse composto pode servir como etapa inicial para produzir metano e outros combustíveis sintéticos.
Possíveis aplicações industriais da fotossíntese artificial
Embora o monóxido de carbono seja frequentemente associado à poluição de motores, na indústria química ele funciona como matéria-prima para a produção de hidrocarbonetos semelhantes à gasolina ou ao querosene de aviação.
Processos industriais já utilizam misturas gasosas ricas em monóxido de carbono e hidrogênio para fabricar combustíveis líquidos sintéticos. Nesse contexto, a produção desse gás a partir de dióxido de carbono pode se tornar uma alternativa às fontes fósseis.
A proposta apresentada pelo estudo aponta para a possibilidade de extrair dióxido de carbono do ar ou de emissões industriais e transformá-lo em matéria-prima energética.
Dessa forma, o processo poderia reduzir a dependência da exploração de petróleo.
Pesquisa ainda é considerada prova de conceito
Outros grupos de pesquisa também investigam sistemas inspirados na fotossíntese.
Equipes da Universidade de Cambridge, por exemplo, desenvolveram folhas artificiais capazes de utilizar luz solar, dióxido de carbono e água para produzir combustíveis.
A estratégia chinesa concentra-se no reservatório de carga inorgânico que pode ser combinado com diferentes catalisadores. O sistema também mantém a água como único parceiro sacrificial do processo.
Os pesquisadores descrevem o catalisador como uma prova de conceito voltada para avançar a fotossíntese artificial rumo à produção prática de combustível. O estudo principal foi publicado na revista científica Nature Communications.
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