Fotossíntese artificial: Folhas artificiais podem ajudar a gerar energia para o mundo

Apenas Deus pode fazer uma árvore, diz o poema. Mas os cientistas estão trabalhando na criação de folhas artificiais capazes de produzir combustíveis diretamente a partir da luz solar, água e dióxido de carbono, da mesma forma que as folhas de verdade fazem. Algum dia as novas folhas poderiam ajudar as pessoas a aquecerem seus lares e abastecer seus carros.

“Se a natureza é capaz, nós também somos”, disse Gary Brudvig, um professor de química de Yale que estuda a fotossíntese, o processo pelo qual as plantas convertem e armazenam energia do sol. “Nós queremos usar os princípios da natureza para projetar uma folha artificial”, ele disse, acrescentando que grupos de pesquisa de várias partes do mundo estão trabalhando na ideia. Reportagem de Anne Eisenberg, The New York Times.

As folhas artificiais não farfalharão suavemente em uma brisa de verão, nem mudarão de verde para vermelho e cairão no solo no outono. Em vez disso, elas provavelmente serão películas finas de plástico contendo materiais que absorvem luz, ou mantas, de materiais como plástico-bolha, abertas sobre um campo, absorvendo a luz do sol e o vapor de água e então emitindo, por exemplo, hidrogênio ou metanol.

“Folhas artificiais são inspiradas nas folhas, mas não se parecem com elas”, disse Nathan S. Lewis, um professor de química do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), em Pasadena. Ele é o principal pesquisador de um projeto de cinco anos de fotossíntese artificial, que recebeu uma verba de até US$ 122 milhões do Departamento de Energia dos Estados Unidos.

“Nós lideraremos um esforço nacional e internacional para produção de combustíveis diretamente a partir da luz solar”, disse Lewis, cujo Centro Conjunto para Fotossíntese Artificial [Joint Center for Artificial Photosynthesis http://solarfuelshub.org/ ] é um dos três Centros de Inovações em Energia criados pelo Departamento de Energia.

O centro está atualmente contratando químicos, engenheiros de software, teóricos e outros para trabalhar tanto no desenvolvimento de fotossíntese artificial quanto em protótipos que realizem a conversão e armazenamento, disse Lewis.

As folhas artificiais não são novidade nos laboratórios, disse Brudvig, de Yale, mas elas são caras demais, frágeis demais ou ineficientes demais para competir comercialmente com os sistemas de combustíveis fósseis.

Lewis concorda. “Por exemplo, um sistema pode ser barato e eficiente, mas não é duradouro”, ele disse. Nos próximos cinco anos, entretanto, ele e seu grupo construirão protótipos projetados para superar esses problemas. “Nós reuniremos os melhores esforços de todo o mundo”, ele disse, “e empregá-los em um sistema capaz de absorver a luz solar na energia certa para produção de combustível”.

Um criador das folhas artificiais, Daniel Nocera, um professor Henry Dreyfus de energia do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, quer começar as colocando nos telhados das casas nos países em desenvolvimento. Ele demonstrou a mais recente versão de sua folha artificial em um encontro nacional da Sociedade Americana de Química, em março.

A demonstração está detalhada em dois artigos que estão prestes a ser publicados, ele disse –um na “Proceedings of the National Academy of Sciences”– e outro artigo no qual ele ainda está trabalhando. “Nossa meta é transformar cada casa em sua própria usina de força”, ele disse.

A folha é feita de materiais baratos e funciona com água comum, ele disse. Para a demonstração, ele usou um pedaço fino de silicone do tamanho de uma carta de baralho. O silicone foi coberto com catalisadores criados por ele e seu grupo, que aceleram a quebra da água em hidrogênio e oxigênio.

“Em um lado do silicone, o hidrogênio começa a borbulhar, e o oxigênio começa a borbulhar do outro lado”, disse Nocera.

Os catalisadores são colocados diretamente no silicone, de modo que não há necessidade de redes extensas, como nas células fotovoltaicas padrão, para conversão da luz solar em corrente e decomposição da água em hidrogênio e oxigênio. Também não é necessária nenhuma membrana extensa. Ele planeja coletar e usar o hidrogênio como combustível.

Seu sistema é projetado não para um uso relativamente alto de energia de um lar típico americano, mas para lares com necessidades mais modestas. Uma das vantagens é que a água que é dividida em hidrogênio e oxigênio não precisa ser pura –Nocera às vezes usa água comum do Rio Charles, em Cambridge, Massachusetts, para suas demonstrações. Normalmente na eletrólise, os micro-organismos na água, por exemplo, precisariam ser removidos para evitar reações concorrentes, disse Daniel R. Gamelin, um professor de química da Universidade de Washington, em Seattle, que também trabalha na fotossíntese artificial.

Outra vantagem do sistema de Nocera, disse Gamelin, é que o hidrogênio não precisa ser entregue nos lares das pessoas, mas poderia ser criado no local. “A tecnologia é importante”, ele disse, “porque as pessoas nos países de terceiro mundo poderiam gerar o hidrogênio no local em que desejam usá-lo”.

Em 2008, Nocera formou uma empresa, a Sun Catalytix, em Cambridge, Massachusetts, com financiamento do Tata Group, da Índia, e da Polaris Ventures Partners, entre outros. Ele disse que seus parceiros na empresa estão trabalhando no desenvolvimento comercial da tecnologia.

“Eles estão bem além da ciência e na área de engenharia e confiabilidade”, ele disse. “Eles estão construindo e avaliando protótipos para sistemas para os pobres.”

Harry B. Gray, o químico da Caltech em cujo laboratório tanto Nocera quanto Lewis já foram aprendizes, disse que aguarda ansiosamente pela publicação de Nocera que fornecerá informação detalhada sobre os catalisadores na folha de silicone.

“Nós precisamos de catalisadores robustos, feitos de materiais abundantes na terra, para nos ajudar a atingir a meta de sistemas com escalabilidade para produção de combustíveis solares”, ele disse.

Esses sistemas poderiam ser transformadores, disse Brudvig, de Yale.

“Nós não temos um sistema no momento que possa ser usado comercialmente para fotossíntese e que possa competir com os combustíveis fósseis”, ele disse. “Mas o desenvolvimento de um é de importância central se quisermos passar de uma economia de energia baseada em combustíveis fósseis para uma economia de energia renovável.”

Tradução: George El Khouri Andolfato

Reportagem [The Answer Is (Artificially) Blowing in the Wind] do New York Times, no UOL Notícias

EcoDebate, 24/05/2011