Folha artificial faz fotossíntese natural

Enquanto as folhas naturais usam a energia da luz solar para a conversão de dióxido de carbono em biomassa, as biocélulas fotovoltaicas capturam a luz para produzir eletricidade. [Imagem: Nicolas Plumeré]

Biocélula solar

Existem várias abordagens em busca das folhas artificiais, dispositivos capazes de fazerfotossíntese artificial e gerar eletricidade ou produzir combustíveis.

Uma dessas abordagens consiste em substituir os semicondutores das células solares por complexos proteicos extraídos do complexo natural da fotossíntese das plantas, bactérias ou algas.

Em 2013, Tim Kothe e seus colegas da Universidade Ruhr, na Alemanha, criaram uma biocélula híbrida usando materiais biológicos e materiais sintéticos.

Para isso, Kothe isolou uma proteína PS1 (photosystem 1) altamente estável, a partir de cianobactérias termofílicas que proliferam no Japão nas estações mais quentes - outros pesquisadores preferiram o espinafre.

O fotossistema 1 (PS1) absorve a luz e usa a energia para a conversão de dióxido de carbono em biomassa.

Microwatts

Agora a equipe deu pelo menos 1.000 passos na sua busca pelas células artificiais fotossintéticas: suas biocélulas solares passaram da casa dos nanowatts gerados para a casa dos microwatts.

O aumento de eficiência foi obtido ajustando a matriz artificial, feita de hidrogéis redox, que dão sustentatação às proteínas PS1, criando um ambiente mais próximo ao natural para que as proteínas fotossintéticas gerem mais energia.

As propriedades hidrofóbica/hidrofílica do hidrogel foram controladas ajustando seu pH para chegar mais próximo do ambiente exigido pelo fotossistema natural.

Isto permitiu produzir as mais elevadas fotocorrentes observados até hoje em bio-fotoeletrodos artificiais - a taxa de transferência de elétrons excedeu em uma ordem de magnitude a taxa observada na natureza (335±14?e??s?1).

Alimentar lentes de contato inteligentes

No curto prazo, as células fotovoltaicas de silício continuarão superando de longe as biocélulas solares, tanto em termos de estabilidade, quanto de eficiência.

Contudo, as aplicações iniciais da bioenergia fotovoltaica não deverão concorrer com as células solares de semicondutores.

Elas têm sido olhadas com bastante interesse, por exemplo, para gerar energia para equipamentos médicos ultraminiaturizados, tais como sensores implantados em lentes de contato.

"Obtivemos fotocorrentes de 322 ± 19?A cm?2. As fotocorrentes são limitadas apenas pelo transporte de massa do terminal receptor de elétrons (O2). Isto implica que podem ser alcançadas taxas de transferência de elétrons ainda mais altas com sistemas baseados em PS1 em geral," disseram os pesquisadores.