Inovação: cientistas produzem gás verde através de folhas artificiais alimentadas com luz solar

O dispositivo neutro em carbono estabelece uma nova referência no campo dos combustíveis solares, depois que investigadores da Universidade de Cambridge demonstrarem que podem produzir directamente o gás – chamado syngas – de maneira sustentável e simples.

Em vez de usar combustíveis fósseis, a folha artificial é alimentada pela luz solar, e funciona igualmente com eficiência em dias nublados e chuvosos.
E, diferentemente dos processos industriais actuais para a produção de syngas, a folha não libera dióxido de carbono adicional na atmosfera. Os resultados são relatados na revista Nature Materials.

Atualmente, o Syngas é feito a partir de uma mistura de hidrogénio e monóxido de carbono e é usado para produzir uma variedade de “commodities”, como combustíveis, produtos farmacêuticos, plásticos e fertilizantes.

“Pode nunca não ter ouvido falar do syngas, mas todos os dias consome produtos que foram criados usando-o. Ser capaz de produzi-lo de maneira sustentável seria uma etapa crítica para fechar o ciclo global do carbono e estabelecer uma indústria química e de combustíveis sustentável”, disse o Professor Erwin Reisner, do Departamento de Química de Cambridge, que passou sete anos a trabalhar para este objectivo.

O dispositivo que Reisner e os seus colegas produziram é inspirado na fotossíntese – o processo natural pelo qual as plantas usam a energia da luz solar para transformar dióxido de carbono em alimento.

Na folha artificial, dois absorvedores de luz, semelhantes às moléculas nas plantas que colhem a luz solar, são combinados com um catalisador feito a partir de cobalto.

Quando o dispositivo é imerso em água, um absorvedor de luz usa o catalisador para produzir oxigénio. O outro realiza a reacção química que reduz o dióxido de carbono e a água em monóxido de carbono e hidrogénio, formando a mistura de syngas.

Como um bónus adicional, os investigadores descobriram que seus absorvedores de luz funcionam mesmo sob baixos níveis de luz solar em dias chuvosos ou nublados.

“Isto significa estamos limitados a usar esta tecnologia apenas em países quentes, ou apenas a operar o processo durante os meses de verão”, disse o estudante de doutoramento Virgil Andrei, primeiro autor do artigo.

A pesquisa foi realizada no Laboratório Christian Doppler de Química Sustentável SynGas, no Departamento de Química da Universidade. Foi co-financiado pelo governo austríaco e pela empresa petroquímica austríaca OMV, que está a investigar formas de tornar os seus negócios mais sustentáveis.

“A OMV tem sido um ávido defensor do Laboratório Christian Doppler nos últimos sete anos. A pesquisa fundamental da equipa para produzir syngas como base para combustível líquido de maneira neutra em carbono é inovadora”, disse Michael-Dieter Ulbrich, consultor sénior na OMV.

Outros dispositivos de ‘folhas artificiais’ também foram desenvolvidos, mas geralmente produzem apenas hidrogénio. Os investigadores de Cambridge dizem que a razão pela qual eles foram capazes de produzir syngas de forma sustentável é graças à combinação de materiais e catalisadores que foram usados.

Isto inclui absorvedores de luz de perovskita de última geração, que fornecem alta fotovoltagem e corrente eléctrica para alimentar a reacção química pela qual o dióxido de carbono é reduzido a monóxido de carbono, em comparação com os absorvedores de luz feitos de silício ou materiais sensíveis à tinta.

Os cientistas usaram também o cobalto como catalisador molecular, em vez de platina ou prata. O cobalto não é apenas de baixo custo, mas é melhor na produção de monóxido de carbono do que outros catalisadores.

A equipa agora está a investigar maneiras de usar a sua tecnologia para produzir uma alternativa sustentável de combustível líquido à gasolina.

O Syngas já é usado como um componente básico na produção de combustíveis líquidos. “O que gostaríamos de fazer em seguida, em vez de fazer syngas e depois convertê-lo em combustível líquido, é transformar o combustível líquido em um passo do dióxido de carbono e da água”, disse Reisner, que também é membro da faculdade St. John’s.

Embora grandes avanços estejam a ser feitos na geração de electricidade a partir de fontes de energia renováveis, como energia eólica e fotovoltaica, Reisner diz que o desenvolvimento de gasolina sintética é vital, pois a electricidade actualmente pode satisfazer apenas cerca de 25% de nossa demanda total de energia global. “Há uma grande demanda por combustíveis líquidos para abastecer o transporte pesado, a navegação e a aviação de maneira sustentável”, afirmou ele.

“O nosso objectivo é criar produtos sustentáveis, como o etanol, que possam ser facilmente utilizados como combustível”, disse Andrei. “É um desafio produzi-lo em um passo a partir da luz solar, usando a reacção de redução de dióxido de carbono. Mas estamos confiantes de que estamos a caminhar na direcção certa e que temos os catalisadores certos, por isso acreditamos que poderemos produzir um dispositivo que pode demonstrar esse processo”.