Reator solar gera combustível limpo com luz solar, CO2 e água

Redação do Site Inovação Tecnológica

Protótipo do reator, que só precisa de luz solar, água e o CO2 do ar para produzir combustível limpo.
[Imagem: University of Cambridge]

Fotossíntese artificial

Pesquisadores desenvolveram um aparelho autônomo capaz de converter a luz solar, dióxido de carbono (CO2) e água em um combustível neutro em carbono, sem a necessidade de nenhum componente adicional, nem mesmo eletricidade.

O reator representa um passo significativo para chegar à fotossíntese artificial, um processo que imita a capacidade das plantas de converter a luz solar em energia.

Usar energia solar para converter dióxido de carbono em combustível é uma maneira promissora de reduzir as emissões de carbono e substituir os combustíveis fósseis. No entanto, tem-se mostrado difícil produzir esses combustíveis limpos sem subprodutos indesejados.

Quem descobriu um caminho para isso foi a pesquisadora Qian Wang, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. Wang construiu uma espécie de "folha artificial", uma pequena placa que coleta a energia solar e a utiliza para converter CO2 e água em oxigênio e ácido fórmico - um combustível armazenável que pode ser usado diretamente ou convertido em hidrogênio.

É uma técnica nova e que, segundo a equipe, tem potencial para ser escalonada, podendo ser usada em "fazendas de energia" semelhantes às fazendas solares, produzindo combustível limpo.

Folha fotocatalisadora

No ano passado, a mesma equipe desenvolveu um reator solar baseado em um projeto de folha artificial, que também usa luz solar, dióxido de carbono e água para produzir um combustível, conhecido como gás de síntese.

A nova tecnologia se parece e se comporta de maneira bastante semelhante à folha artificial, mas funciona de maneira diferente e gera um produto diferente - o ácido fórmico, em lugar do gás de síntese.

E, enquanto a folha artificial original usava componentes de células solares, o novo reator dispensa essas células, usando apenas fotocatalisadores - por isso Wang chama seu reator de "folha fotocatalisadora". Essas folhas são feitas de pós semicondutores, que podem ser preparados em grandes quantidades de forma fácil e econômica.

Além disso, essa nova tecnologia é mais robusta e produziu um combustível limpo, mais fácil de armazenar e com potencial para produção em larga escala.

Qian Wang mostra sua "folha fotocalisadora", que é o coração do reator.
[Imagem: University of Cambridge]

Eficiência e desafios

O protótipo tem apenas 20 centímetros quadrados, mas os pesquisadores afirmam que deve ser relativamente simples dimensioná-lo para vários metros quadrados. Além disso, o ácido fórmico pode ser acumulado em solução e quimicamente convertido em diferentes tipos de combustível.

"Ficamos surpresos como funcionou bem em termos de seletividade - quase não produziu subprodutos. Às vezes, as coisas não funcionam tão bem como você esperava, mas este foi um caso raro em que funcionou melhor," disse Wang.

O catalisador à base de cobalto usado para a conversão do dióxido de carbono é fácil de fabricar e relativamente estável, mas equipe precisará melhorar a eficiência da folha artificial - atualmente em 8% - para viabilizar qualquer implantação comercial. Além disso, seria recomendável livrar-se do tântalo e do ródio usados na catalisação - o primeiro por ser altamente tóxico, e o segundo por ser raro e caro.

A equipe afirmou que já está experimentando uma variedade de catalisadores diferentes para melhorar a estabilidade e a eficiência.

Bibliografia:

Artigo: Molecularly engineered photocatalyst sheet for scalable solar formate production from carbon dioxide and water
Autores: Qian Wang, Julien Warnan, Santiago Rodríguez-Jiménez, Jane J. Leung, Shafeer Kalathil, Virgil Andrei, Kazunari Domen, Erwin Reisner
Revista: Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-020-0678-6