Painel biofotovoltaico: Células solares mais verdes

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Em lugar de células solares de silício, as biocélulas a combustível usam algas para transformar luz do Sol em eletricidade. [Imagem: University of Cambridge]

Biocélula de combustível

Um novo projeto de biocélula de combustível usando algas mostrou-se cinco vezes mais eficiente do que os melhores modelos já apresentados até agora - tanto para algas como para plantas -, além de ser potencialmente mais barato para ser fabricada e mais prática de usar.

Além dos painéis solares fotovoltaicos tradicionais, aparelhos biofotovoltaicos - também conhecidos como células solares biológicas ou biocélulas solares - têm surgido nos últimos anos como uma abordagem ecológica e de baixo custo para coletar energia solar e convertê-la em corrente elétrica. Essas biocélulas solares utilizam as propriedades fotossintéticas de microrganismos, como as algas, para converter a luz em corrente elétrica.

Durante a fotossíntese, as algas produzem elétrons, alguns dos quais são expulsos da célula, onde podem ser coletados para produzir corrente elétrica. Até agora, todos os projetos de biocélulas solares apresentavam o carregamento (colheita de luz e geração de elétrons) e a entrega da energia (transferência para o circuito elétrico) em um único compartimento - os elétrons geram corrente assim que são liberados pelos microrganismos.

Nesta nova técnica, o sistema biofotovoltaico opera em duas câmaras, onde os dois processos envolvidos na operação da biocélula solar - geração de elétrons e sua conversão em corrente elétrica - são separados.

"O carregamento e a transferência da energia geralmente têm requisitos conflitantes. Por exemplo, a unidade de carregamento precisa ser exposta à luz solar para permitir um carregamento eficiente, enquanto que a parte de fornecimento de energia não requer exposição à luz, mas deve ser efetiva na conversão dos elétrons em corrente com um mínimo de perdas," explicou Kadi Liis Saar, da Universidade de Cambridge, idealizador da nova biocélula.

Um sistema de duas câmaras permitiu projetar as duas unidades de forma independente e, com isto, otimizar o desempenho dos dois processos simultaneamente, sem que um interferisse no outro, além de simplificar a construção do equipamento.

A densidade de potência melhorou muito, e o novo projeto deixa espaço para otimizações rumo à utilização prática. [Imagem: University of Cambridge]

Densidade de potência

A parte ativa da biocélula de combustível é composta por algas geneticamente modificadas para conter mutações que minimizam a quantidade de carga elétrica dissipada de forma não produtiva durante a fotossíntese. Juntamente com o novo projeto de câmaras separadas, isso resultou em uma célula biofotovoltaica com uma densidade de potência de 0,5 W/m2, cinco vezes mais do que os projetos anteriores.

Mas ainda há trabalho a ser feito, porque esse primeiro resultado representa apenas cerca de um décimo da densidade de energia fornecida pelas células solares convencionais. A boa notícia é que as células biofovoltaicas têm outras vantagens em relação aos painéis solares.

"Embora as células solares de silício convencionais sejam mais eficientes do que as biocélulas alimentadas com algas em termos da fração da energia do Sol que elas transformam em energia elétrica, existem possibilidades atrativas com outros tipos de materiais," ressalta o professor Christopher Howe. "Em particular, como as algas crescem e se dividem naturalmente, os sistemas baseados nelas podem exigir menos investimentos e podem operar de forma descentralizada".

Bibliografia:

Enhancing power density of biophotovoltaics by decoupling storage and power delivery
Kadi L. Saar, Paolo Bombelli, David J. Lea-Smith, Toby Call, Eva-Mari Aro, Thomas Müller, Christopher J. Howe, Tuomas P. J. Knowles
Nature Energy
Vol.: 3, 75-81
DOI: 10.1038/s41560-017-0073-0