Segredos da primeira folha artificial prática

Ela não é verde, mas é a primeira folha artificial a imitar a fotossíntese de forma simples e barata, embora ainda tenha uma eficiência baixa. [Imagem: Daniel Nocera/ACS]

Fotossíntese artificial
Há cerca de um ano, a equipe do professor Daniel Nocera, do MIT, anunciou os primeiros resultados daquilo que ele chamou de uma folha artificial prática.
Agora, depois de o trabalho ter sido revisado por outros cientistas, finalmente foi publicada a descrição detalhada do dispositivo.
A ideia das folhas artificiais é imitar o processo da fotossíntese, gerando energia, ou combustível, diretamente a partir da luz do Sol - uma ideia que foi defendida pela primeira vez em 1912, pelo químico italiano Giacomo Ciamician.
Atingindo-se um rendimento mínimo, isto representaria uma revolução na matriz energética mundial.
Existem várias pesquisas na área, com várias abordagens diferentes, mas todas em um estágio ainda bastante inicial de desenvolvimento.
Quebra da água em hidrogênio e oxigênio
A grande vantagem do dispositivo agora divulgado é que, ao contrário dos anteriores, ele se baseia em técnicas de baixo custo para a sua fabricação e dispensou a platina, um dos elementos mais caros usados nas folhas artificiais.
No processo de imitar a fotossíntese, o passo mais importante é a etapa que divide a água em hidrogênio e oxigênio.
A folha artificial possui um coletor solar ensanduichado entre duas películas, que geram a reação necessário para liberar o oxigênio e o hidrogênio.
Quando mergulhado em um frasco com água, à luz do sol, o dispositivo começa a borbulhar, liberando os dois gases: o hidrogênio pode então ser usado em células a combustível para gerar eletricidade.
Um gerador assim integrado, consistindo em uma peça única, é um conceito atraente porque pode ser facilmente deslocado para gerar energia em lugares remotos, eventualmente entrando no mercado em nichos como recarregadores de baterias ou em substituição aos painéis solares.

O silício da célula solar precisa ser protegido da água, e isto é feito, entre outras complicações, usando ITO, o óxido de índio dopado com estanho, o mesmo condutor transparente usado nas telas sensíveis ao toque. [Imagem: Daniel Nocera/ACS]

Dispensando a platina
Até agora, porém, todos os protótipos acenam com custos proibitivos, porque dependem de catalisadores de metais nobres, como a platina, e processos de fabricação ainda não desenvolvidos para escala industrial.
A equipe do professor Nocera encontrou uma forma de substituir a platina por um composto de níquel, molibdênio e zinco (NiMoZn), que é bem mais barato.
No outro lado da folha, para gerar o oxigênio, é usada uma película de cobalto.
Na folha artificial, a membrana fotossintética é substituída por uma junção de silício, uma célula solar, que captura a luz e gera a corrente elétrica na forma de pares elétrons-lacunas.
Na fotossíntese artificial, a enzima básica do complexo de quebra da molécula da água é substituída pelos catalisadores de cobalto e NiMoZn.
Prática, mas ainda não viável
Mas ainda há desafios a vencer antes que a "folha artificial prática" do professor Nocera seja viável.
O silício da célula solar precisa ser protegido da água, e isto é feito, entre outras complicações, usando ITO, o óxido de índio dopado com estanho, o mesmo condutor transparente usado nas telas sensíveis ao toque.
E o ITO não é um material barato e nem largamente disponível.
O segundo degrau a ser vencido é o rendimento: do protótipo tem uma eficiência de 6,2%, o que é muito menos do que as células solares oferecem.
Assim, por enquanto, seria mais prático usar as células solares para produzir eletricidade - a um rendimento médio de 20% - e usar essa eletricidade para fazer a eletrólise da água, liberando igualmente o oxigênio e o hidrogênio.
Mas nenhuma tecnologia nasceu pronta e super eficiente, o que justifica a crença de alguns cientistas de que o futuro energético do planeta está nas folhas artificiais.