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Como levar as folhas artificiais para fora do laboratório

Folhas artificiais são até 10 vezes mais eficientes para fazer fotossíntese CO2 puro

Meenesh Singh

Uma folha artificial, bio-inspirada. O dióxido de carbono (bolas vermelhas e pretas) entra na folha quando a água (bolas branca e vermelha) evapora do fundo da folha. Um fotossistema artificial (círculo roxo no centro da folha) feito de um absorvedor de luz revestido com catalisadores converte dióxido de carbono em monóxido de carbono e converte água em oxigênio (mostrado como bolas vermelhas duplas) usando a luz solar.

As folhas artificiais imitam a fotossíntese - o processo pelo qual as plantas usam a água e o dióxido de carbono do ar para produzir carboidratos usando energia do Sol. Mas mesmo as folhas artificiais de última geração, que prometem reduzir o dióxido de carbono da atmosfera, só funcionam no laboratório porque usam o dióxido de carbono puro e pressurizado dos tanques.

Mas agora, pesquisadores da Universidade de Illinois, em Chicago, propuseram uma solução de projeto que poderia trazer folhas artificiais para fora do laboratório e para o meio ambiente. Sua folha melhorada, que usaria dióxido de carbono - um gás de efeito estufa - do ar, seria pelo menos 10 vezes mais eficiente que as folhas naturais na conversão de dióxido de carbono em combustível. Suas descobertas são relatadas na revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

"Até agora, todos os projetos de folhas artificiais que foram testados em laboratório usam dióxido de carbono de tanques pressurizados. Para implementar com sucesso no mundo real, esses dispositivos precisam ser capazes de extrair dióxido de carbono de fontes muito mais diluídas, como o ar e o gás de combustão, que é o gás liberado pelas usinas elétricas que queimam carvão", disse Meenesh Singh, professor na Faculdade de Engenharia da UIC e autor correspondente no estudo.

Desprender o suprimento de dióxido de carbono pressurizado dessas folhas significa que elas devem ter uma maneira de coletar e concentrar o dióxido de carbono do ar para impulsionar suas reações fotossintéticas artificiais.

Singh e seu colega Aditya Prajapati, pós-graduando em seu laboratório, propuseram-se a resolver este problema encapsulando uma folha artificial tradicional dentro de uma cápsula transparente, feita de uma membrana semipermeável de resina de amônio quaternário e preenchida com água. A membrana permite que a água do interior evapore quando aquecida pela luz solar. À medida que a água passa pela membrana, ela retira seletivamente o dióxido de carbono do ar. A unidade fotossintética artificial dentro da cápsula é composta por um absorvedor de luz revestido com catalisadores que convertem o dióxido de carbono em monóxido de carbono, que pode ser desviado e usado como base para a criação de vários combustíveis sintéticos. O oxigênio também é produzido e pode ser coletado ou liberado no meio ambiente.

"Ao envolver a tradicional tecnologia de folhas artificiais dentro dessa membrana especializada, a unidade inteira é capaz de funcionar do lado de fora, como uma folha natural", disse Singh.

De acordo com seus cálculos, 360 folhas, cada uma com 1,7 metro de comprimento e 0,2 metro de largura, produziriam cerca de meia tonelada de monóxido de carbono por dia, que poderiam ser utilizadas como base para combustíveis sintéticos. Trezentas e sessenta destas folhas artificiais, cobrindo uma área de 500 metros quadrados, seriam capazes de reduzir os níveis de dióxido de carbono em 10% no ar circundante a 100 metros da matriz em um dia.

"Nosso projeto conceitual utiliza materiais e tecnologia prontamente disponíveis que, quando combinados, podem produzir uma folha artificial pronta para ser implantada fora do laboratório, onde pode desempenhar um papel significativo na redução de gases de efeito estufa na atmosfera", disse Singh.

Universidade de Illinois, Chicago

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