Pesquisadores desenvolveram um sistema de fotossíntese artificial que transforma CO2 em etileno com uma eficiência recorde

A configuração experimental no laboratório de Zetian Mi, onde sua equipe preparou um dispositivo de fotossíntese artificial que pode transformar dióxido de carbono e água em etileno, em um passo em direção à produção de combustíveis solares. Yuyang Pan lança luz sobre o dispositivo. Crédito: Silvia Cardarelli, Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade de Michigan

doi.org/10.1038/s44160-024-00648-9
Credibilidade: 999
#Fotossíntese 

A capacidade de unir átomos de carbono é fundamental para reutilizar o CO? e fabricar combustíveis sustentáveis. Esse novo sistema se destaca por produzir etileno, um hidrocarboneto usado na fabricação de plásticos, com eficiência, rendimento e durabilidade superiores a outras tecnologias de fotossíntese artificial.

Desempenho Superior na Produção de Etileno

Zetian Mi, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Michigan, afirmou que a eficiência e a estabilidade desse novo sistema são cinco a seis vezes maiores do que as de outros processos que utilizam energia solar para transformar CO? em etileno. Ele destacou que o etileno é o composto orgânico mais produzido no mundo, geralmente obtido a partir de petróleo e gás, em condições que geram emissões de CO”.

Yuyang Pan, um estudante de doutorado em engenharia elétrica e de computação e coautor do estudo na Nature Synthesis, verifica a máquina que cultiva nanofios de nitreto de gálio em silício no laboratório de Zetian Mi. O dispositivo que a equipe pode transformar dióxido de carbono e água em etileno, em um passo em direção à produção de combustíveis solares. Crédito: Silvia Cardarelli, Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade de Michigan

O Processo Fotocatalítico Avançado

O objetivo final dos pesquisadores é criar cadeias mais longas de carbono e hidrogênio, formando combustíveis líquidos que possam ser transportados facilmente. Para isso, é preciso retirar todo o oxigênio do CO? e da água (H”O), que fornecem os átomos de carbono e hidrogênio, respectivamente.

O dispositivo criado usa dois tipos de semicondutores para absorver a luz: nanofios de nitreto de gálio e uma base de silício. A reação ocorre em pequenos aglomerados de cobre, localizados nos nanofios, que ajudam a transformar água e dióxido de carbono em etileno.

Bingxing Zhang (esquerda) e Yuyang Pan (direita) cultivam nanofios de nitreto de gálio em silício no laboratório de Zetian Mi. O dispositivo de fotossíntese artificial da equipe pode transformar dióxido de carbono e água em etileno, em um passo em direção à produção de combustíveis solares. Crédito: Silvia Cardarell, Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade de Michigan

Produção Eficiente e Futuro da Tecnologia

Os nanofios são mergulhados em água enriquecida com CO? e expostos à luz solar. Essa luz libera elétrons que dividem a água, gerando hidrogênio para a reação de produção de etileno e oxigênio, que é absorvido pelo nitreto de gálio. O cobre, por sua vez, ajuda a unir o carbono do CO? com o hidrogênio.

A eficiência do sistema é impressionante: 61% dos elétrons livres produzidos pela luz são utilizados para gerar etileno. Além disso, enquanto outros sistemas semelhantes operam por poucas horas antes de degradar, o dispositivo da Universidade de Michigan funcionou por 116 horas sem perder desempenho.

Graças à interação entre o nitreto de gálio e o processo de divisão da água, o sistema se regenera automaticamente, aumentando sua durabilidade. Futuras pesquisas vão explorar os limites de sua longevidade.

Além disso, o sistema produz etileno a uma taxa quatro vezes maior que a de tecnologias concorrentes. Os pesquisadores também esperam, no futuro, produzir outros compostos de carbono, como o propanol, que pode ser usado como combustível líquido sustentável para diversos tipos de transporte.

Este avanço pode ser um passo importante para tornar tecnologias de transporte mais sustentáveis e reduzir as emissões de CO”.

Publicado em 01/10/2024 03h01

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