Cientistas conseguem criar molécula capaz de capturar toda a energia do espectro solar

Cientistas demonstraram pela primeira vez que é possível gerar energia a partir de todo o espectro visível da luz solar. Essa tecnologia conseguiria captar pelo menos 50% mais energia do que as atuais células fotovoltaicas. Também é capaz de transformar energia do Sol em combustível, mais rápido e eficientemente do que ocorre atualmente.

Os pesquisadores criaram uma nova molécula, capaz de absorver toda a luz do sol que enxergamos. Ao mesmo tempo, ela age como um catalisador para converter essa energia solar em hidrogênio — uma fonte alternativa de energia, limpa e sustentável, que poderia servir de substituto aos combustíveis fósseis.

O estudo, desenvolvido na Universidade de Ohio, nos Estados Unidos, foi publicado nesta semana na renomada revista Nature.

A ideia é pegarmos os fótons da luz sol e transformá-los em hidrogênio. Em linhas gerais, estamos poupando a energia solar, armazenando-a em ligações químicas para que possa ser utilizada em um momento futuro.

Claudia Turro, líder do projeto.

A luz é composta por minúsculas partículas elementares, chamadas fótons. São “pacotinhos” que transportam energia eletromagnética. A intensidade, brilho e cor de cada luz varia de acordo com a quantidade e disposição dos fótons.

Células fotovoltaicas tradicionais já utilizam os fótons para gerar energia. Só aproveitam, porém, parte da luz solar. A grande inovação da pesquisa é tornar possível a coleta da energia de todo o espectro visível — inclusive do infravermelho, uma energia baixa e muito difícil de ser absorvida. “O que faz dar certo é que o sistema consegue colocar uma única molécula em um estado de excitação.

Assim, ela absorve o fóton e consegue guardar dois elétrons para fazer hidrogênio”, disse Turro. “É algo inédito guardar dois elétrons em uma mesma molécula derivada de fótons e combiná-los para fazer hidrogênio.” A pesquisa não parou aí. Também indicou ser possível fazer a luz solar abastecer automóveis. O primeiro desafio é elaborar um mecanismo que colete essa energia. Depois, transformá-la em combustível. A conversão, por sua vez, necessita de um catalisador — algo que acelere a reação química.

A maior parte das tentativas anteriores de produzir hidrogênio a partir da luz solar focaram nas ondas de energia mais altas no espectro solar — como os raios ultravioleta. Além disso, usaram catalisadores compostos por duas ou mais moléculas. Também havia trocas de elétrons, ou seja, de energia, enquanto o combustível era produzido. O problema é que muita energia era perdida nessas trocas. Isso tornava os sistemas multi-moléculas pouco eficientes.

Alguns poucos experimentos que se basearam em catalisadores de molécula única também foram ineficientes por dois motivos. Primeiro, não coletava energia de todo o espectro visível da luz solar. Segundo, os catalisadores se degradavam rapidamente.

O time da Universidade de Ohio conseguiu superar os dois obstáculos. Descobriu como fazer um catalisador que “jogasse menos energia fora” e tivesse só uma molécula — uma forma do elemento Ródio. Depois, capturaram energia desde o infravermelho até o ultravioleta, ou seja, o espectro visível inteiro.

De acordo com o estudo, o sistema desenvolvido é cerca de 25 vezes mais eficiente com energia baixa, próxima à luz infravermelha, que os sistemas de molécula única anteriores. Na pesquisa, os cientistas usaram LEDs para iluminar soluções ácidas contendo a molécula ativa. Ao fazer isso, encontraram hidrogênio sendo produzido. “Acredito que o motivo para ter dado certo é que a molécula é difícil de oxidar”, disse Turro.

A descoberta poderia ajudar a humanidade na transição de combustíveis fósseis para fontes de energia mais limpas, que não gerem impactos negativos no meio ambiente. A combustão do hidrogênio não produz carbono ou dióxido de carbono — este último, o principal gás do efeito estufa. “Precisamos de energia renovável. Imagine se pudéssemos usar a luz do sol em vez de carvão, gasolina ou diesel. Só assim podemos desacelerar as mudanças climáticas”, acredita a cientista.

Mas ainda não podemos abastecer nossos carros com esse hidrogênio. Antes que as descobertas da equipe possam ser aplicadas no mundo real, ainda há muito trabalho pela frente. O maior empecilho é o catalisador de Ródio. Por ser um metal raro, é bastante caro. Os pesquisadores trabalhando em duas frentes. Por um lado, querem aprimorar a molécula, de modo que produza combustível por mais tempo. Por outro, tentam elaborar um catalisador com materiais mais baratos.

Fonte: TILT

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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