Os humanos podem fazer muitas coisas que as plantas não podem fazer. Podemos andar por aí, podemos conversar, podemos ouvir, ver e tocar. Mas as plantas têm uma grande vantagem sobre os humanos: podem produzir energia diretamente do sol.
Esse processo de transformar a luz do sol diretamente em energia utilizável – chamada fotossíntese – pode em breve ser uma façanha que os humanos serão capazes de imitar para aproveitar a energia do sol para obter combustível limpo, armazenável e eficiente. Se for assim, pode abrir uma nova fronteira de energia limpa. Energia suficiente atinge a Terra na forma de luz solar em uma hora para atender a todas as necessidades de energia da civilização humana por um ano inteiro.
Yulia Puskhar, biofísica e professora de física na Faculdade de Ciências de Purdue, pode encontrar uma maneira de aproveitar essa energia imitando plantas.
A energia eólica e a energia solar, aproveitadas por células fotovoltaicas, são as duas principais formas de energia limpa disponíveis. Adicionar um terceiro – fotossíntese sintética – mudaria dramaticamente o panorama das energias renováveis. A capacidade de armazenar energia facilmente, sem a necessidade de baterias pesadas, melhoraria drasticamente a capacidade dos humanos de fornecer energia à sociedade de maneira limpa e eficiente.
Tanto as turbinas eólicas quanto as fotovoltaicas têm desvantagens em termos de efeitos ambientais e fatores complicadores. Pushkar espera que a fotossíntese artificial seja capaz de contornar essas armadilhas.
“Nós e outros pesquisadores ao redor do mundo estamos trabalhando muito duro para tentar gerar energia acessível”, disse Pushkar. “Energia limpa e sustentável que podemos criar com elementos não tóxicos e facilmente disponíveis. Nossa fotossíntese artificial é o caminho a seguir.”
A fotossíntese é uma dança complexa de processos por meio dos quais as plantas convertem o brilho do sol e as moléculas de água em energia utilizável na forma de glicose. Para fazer isso, eles usam um pigmento, geralmente a famosa clorofila, além de proteínas, enzimas e metais.
O processo mais próximo da fotossíntese artificial que os humanos têm hoje é a tecnologia fotovoltaica, onde uma célula solar converte a energia do sol em eletricidade. Esse processo é notoriamente ineficiente, capaz de capturar apenas cerca de 20% da energia solar. A fotossíntese, por outro lado, é radicalmente mais eficiente; é capaz de armazenar 60% da energia solar como energia química em biomoléculas associadas.
A eficiência das células fotovoltaicas simples – painéis solares – é limitada pela capacidade dos semicondutores de absorver a energia da luz e pela capacidade da célula de produzir energia. Esse limite é algo que os cientistas poderiam superar com a fotossíntese sintética.
“Com a fotossíntese artificial, não há limitações físicas fundamentais”, disse Pushkar. “Você pode facilmente imaginar um sistema com 60% de eficiência porque já temos um precedente na fotossíntese natural. E se formos muito ambiciosos, poderíamos até imaginar um sistema com até 80% de eficiência.”
“A fotossíntese é extremamente eficiente quando se trata de dividir a água, uma primeira etapa da fotossíntese artificial. As proteínas do Photosystems II nas plantas fazem isso mil vezes por segundo. Pisque e pronto.”
O grupo de Pushkar está imitando o processo construindo seu próprio análogo de folha artificial que coleta luz e divide as moléculas de água para gerar hidrogênio. O hidrogênio pode ser usado como combustível por si só por meio de células de combustível ou pode ser adicionado a outros combustíveis, como o gás natural, ou incorporado em células de combustível para fornecer energia a tudo, de veículos a casas, pequenos dispositivos eletrônicos, laboratórios e hospitais. Sua descoberta mais recente, uma visão sobre a forma como as moléculas de água se dividem durante a fotossíntese, foi publicada recentemente na revista Chem Catalysis (Cell Press).
Cientistas do laboratório de Pushkar experimentam combinações de proteínas naturais do fotossistema II e catalisadores sintéticos na tentativa de entender o que funciona melhor – e por quê. Ela também prioriza o uso de compostos e produtos químicos que são facilmente abundantes na Terra, facilmente acessíveis e não tóxicos para o planeta.
O progresso na fotossíntese artificial é complicado, porém, pelo fato de que a fotossíntese é tão multifacetada, um fato lamentado por estudantes de bioquímica em todos os lugares.
“A reação é muito complexa”, disse Pushkar. “A química da divisão das moléculas de água é extremamente complexa e difícil.”
Os cientistas trabalham na fotossíntese artificial desde os anos 1970. É muito tempo, mas não quando você se lembra que a fotossíntese levou milhões de anos para evoluir. Não apenas isso, mas os cientistas acreditam que, ao contrário do vôo, da comunicação ou da inteligência, a fotossíntese evoluiu apenas uma vez – cerca de 3 bilhões de anos atrás, apenas cerca de 1,5 bilhão de anos na existência da Terra.
Pushkar postula que nos próximos 10-15 anos, progresso suficiente terá sido feito para que os sistemas comerciais de fotossíntese artificial possam começar a ficar online. Sua pesquisa é financiada pela National Science Foundation.
Publicado em 16/06/2021 11h32
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