O que é fotossíntese artificial?
As plantas obtêm sua energia de uma maneira muito diferente da maneira como as pessoas obtêm energia. Quando um humano precisa de energia, ele come comida. Quando uma planta precisa de energia, ela usa o processo de fotossíntese para absorver o dióxido de carbono do ambiente e usar a luz solar para convertê-lo em açúcares, que é o tipo de energia necessária para manter a vida. Os cientistas estão trabalhando para replicar o processo de fotossíntese, tentando aproveitar a energia do sol de uma maneira nova, eficaz e ecologicamente correta, e a pesquisa de fotossíntese artificial produziu resultados interessantes.
A capacidade de produzir fotossíntese artificial foi anunciada pela primeira vez em 2000, embora a pesquisa estivesse em fase de planejamento antes disso. Os pesquisadores confiaram no efeito Honda-Fujishima, que foi descoberto em 1953 e usa dióxido de titânio como fotocatalisador. Um fotocatalisador acelera processos relacionados à luz e, neste caso, energia.
Devido ao interesse científico e comercial na fotossíntese artificial e ao desejo de novos produtos em potencial que possam resultar dela, o campo de pesquisa se dividiu em dois lados. Isso produziu dois resultados diferentes: células fotoeletroquímicas e células solares sensibilizadas por corantes. Cada célula opera com princípios diferentes, mas tenta obter o mesmo resultado: energia fotossintética artificial que pode ser aproveitada e armazenada para uso posterior, o que reduziria a dependência mundial de fontes de energia não renováveis.
As células fotoeletroquímicas, também conhecidas como PECs, usam a corrente elétrica da água para criar hidrogênio e oxigênio em um processo chamado eletrólise. A eletricidade pode ser armazenada no hidrogênio, que é um "transportador de energia", e a energia pode ser usada posteriormente, como nas baterias. Existem dois tipos de PECs, um que usa superfícies de semicondutores para absorver a energia solar e ajudar a dividir moléculas de água para uso de energia. A outra variedade usa metais dissolvidos para extrair energia solar e iniciar o processo de fotossíntese artificial. Os catalisadores de metal mais comuns para esse tipo de reação são cobalto e ródio. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriram que esses metais são os mais eficazes para esse tipo de trabalho.
O outro tipo de célula que está sendo pesquisada, a célula solar sensível ao corante, às vezes é chamada de célula de Gratzel ou célula de Graetzel. Assim como os PECs, as células fotossintéticas artificiais sensibilizadas com corante usam um semicondutor para coletar energia, geralmente silício. Nas células sensibilizadas pelo corante, o semicondutor é usado para transportar a energia coletada, e os fotoelétrons, ou partículas de energia, são separados e aproveitados usando corantes especiais. As células de Gratzel são consideradas a forma mais eficaz de fotossíntese artificial atualmente disponível, bem como a mais econômica em termos de fabricação. As desvantagens se devem principalmente a preocupações com a temperatura relacionadas aos corantes líquidos, pois podem congelar a temperaturas mais baixas e interromper a produção de energia, além de expandir-se a temperaturas e rupturas mais altas.
Ainda estão sendo realizadas pesquisas no campo da fotossíntese artificial, principalmente na busca de melhores catalisadores e mecanismos de transporte de energia. Embora não sejam a forma mais eficaz de produção de energia disponível, ainda há um grande interesse por seu alto potencial de produção, baixo custo de fabricação e possíveis implicações para o meio ambiente. Se a fotossíntese artificial pudesse se tornar acessível e confiável, a dependência mundial de combustíveis fósseis não-renováveis poderia ser bastante reduzida.