Descoberta nova forma de capturar energia do Sol

Protótipo da célula metálica de fotossíntese artificial que usa a luz do Sol para produzir hidrogênio - APSW é a sigla em inglês para divisor de água solar plasmônico autônomo.[Imagem: Mubeen et al./Nature Nanotechnology]

Célula solar metálica

Células solares fotovoltaicas, coletores termossolares e dispositivos de fotossíntese artificialestão entre as possibilidades de coletar e aproveitar a energia solar.

Agora, cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos Estados Unidos, descobriram uma forma totalmente nova de capturar a energia do Sol.

A maior vantagem da nova técnica é que ela se baseia inteiramente em metais, que são mais robustos do que os materiais semicondutores utilizados tradicionalmente.

"É a primeira alternativa radicalmente nova e potencialmente funcional aos dispositivos de conversão baseados em semicondutores nos últimos 70 anos ou mais," garante o professor Martin Moskovits, coordenador da equipe.

Células solares de semicondutores

Nas células solares atuais, a luz solar atinge uma camada de material semicondutor, um lado da qual é rica em elétrons (cargas negativas), e o outro é rico em lacunas (cargas positivas).

Os fótons do Sol excitam os elétrons, arrancando-os de suas posições e fazendo-os correr para o lado rico em lacunas, de onde são coletados na forma de eletricidade, podendo também acionar mecanismos de fotossíntese artificial.

"Por exemplo, os elétrons podem fazer com que íons de hidrogênio na água sejam convertidos em hidrogênio, um combustível, enquanto as lacunas produzem oxigênio," explica Moskovits.

Fotossíntese artificial com metais

Na nova técnica, não é um semicondutor que fornece os elétrons para iniciar o processo, é uma floresta de nanobastões de metais.

A demonstração usou nanobastões de ouro revestidos com uma camada de dióxido de titânio cristalino. No topo, foram depositadas nanopartículas de platina e, na base, um catalisador à base de cobalto.

O conjunto inteiro foi mergulhado em água, a fim de produzir hidrogênio diretamente da luz do Sol.

Cientistas afirmam que o uso de metais para coletar a energia solar é a primeira alternativa na área em mais de 70 anos. [Imagem: Mubeen et al./Nature Nanotechnology]

O mecanismo de geração das cargas é diferente das células solares fotovoltaicas de silício, por exemplo. Em vez de excitar e expulsar os elétrons, os fótons criam ondas coletivas de elétrons na superfície dos metais, chamadas plásmons de superfície.

Conforme os elétrons dessas ondas plasmônicas recebem energia das partículas de luz, alguns escalam o nanobastão metálico através do dióxido de titânio, até atingirem as nanopartículas de platina.

Isso gera uma reação que arranca íons dehidrogênio das moléculas que formam a água.

Enquanto isso, as lacunas deixadas para trás pelos elétrons descem até o catalisador na base dos nanobastões, ajudando a capturar o oxigênio liberado na reação.

Energia renovável e limpa

Durante o experimento, não foi observada qualquer corrosão nos nanobastões metálicos.

"O dispositivo funcionou sem interrupção ou falha por várias semanas," conta Moskovits.

Segundo ele, o próximo passo da pesquisa é aumentar a eficiência do processo, eventualmente permitindo a realização da longamente sonhada "economia do hidrogênio", onde o combustível limpo poderá ser produzido a partir da mais abundante e constantemente renovada energia disponível na Terra, a luz do Sol.