Nanomateriais estrategicamente projetados foram usados para otimizar o desempenho de uma célula solar que incorpora cianobactérias fotossintetizadoras. O trabalho foi realizado por Jae Ryoun Youn, Young Seok Song e colegas da Universidade Nacional de Seul e da Universidade Dankook, na Coréia do Sul. O que é especialmente impressionante em sua nova tecnologia é que ela explora uma ampla região do espectro solar, ao mesmo tempo em que aumenta a atividade fotossintética das cianobactérias.
O Sol oferece um suprimento de energia limpa e renovável, mas como utilizar essa fonte de energia ilimitada e descentralizada da maneira mais eficiente e prática possível é um desafio significativo da engenharia. Uma equipe coreana está buscando uma solução biológica para esse problema nas cianobactérias, que são organismos antigos que realizam fotossíntese e respiração em quase todos os ambientes da Terra.
Célula biofotovoltaica otimizada
O dispositivo, descrito em Nano Letters, alcançou maior eficiência empregando três materiais ativos separados, cada um cobrindo diferentes regiões do espectro solar.
Nanorods de óxido de zinco são altamente fotoativos na região ultravioleta, mas os pesquisadores estenderam essa faixa para incluir luz visível, revestindo os nanorods com outro nanomaterial funcional: nanopartículas de ouro. Eles exibem ressonância plasmônica de superfície localizada, um fenômeno capaz de aumentar a fotoatividade de semicondutores através de forte absorção de luz e espalhamento; e um campo eletromagnético local aprimorado em uma frequência específica. Essencialmente, as nanopartículas de ouro atuam como pequenas antenas de captação de luz.
Ao carregar essa nanoestrutura híbrida com cianobactérias, os cientistas fizeram uma terceira adição ao sistema de captação de luz e alcançaram um aumento adicional no desempenho. Utilizando simulações e medições de campo eletromagnético, os autores mostraram que os nanorrods do óxido de zinco espalharam a luz pelas regiões espectrais favorecidas pelas cianobactérias em direção aos organismos na parte superior do fotoanodo. Além disso, esta luz dispersa foi amplificada pelas nanopartículas de ouro. Eles concluíram que, além de coletar luz através da transição entre bandas e injeção de elétrons quentes, respectivamente, os nanorods de óxido de zinco e nanopartículas de ouro melhoraram a produção de energia das cianobactérias.
Corrente escura e uma perspectiva ensolarada
Além de sua natureza ecológica e capacidade de autocura, as cianobactérias têm outro truque nas mangas microscópicas quando se trata de biofotovoltaicos. Os pesquisadores demonstraram que sua célula solar produzia fotocorrente no escuro. Isso ocorre porque as cianobactérias podem continuar a decompor os intermediários de carbono armazenados acumulados durante os períodos de luz. Dada a natureza cíclica da energia fornecida pelo Sol, essa chamada “corrente escura” poderia ajudar a reduzir a demanda em sistemas de armazenamento de energia.
À luz de seus resultados, os autores acreditam que este estudo abre caminho para um maior desenvolvimento no campo da biofotovoltaica, possibilitando a geração de energia eficiente e sustentável.
Publicado em 03/06/2020 20h34
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