Novos materiais realizam fotossíntese artificial

A capacidade de fotossíntese das plantas tem servido de inspiração para cientistas de diferentes áreas tentarem produzir em laboratório materiais artificiais com propriedades semelhantes.

Pesquisadores da Unicamp desenvolvem moléculas de clorofila artificial capazes de usar energia solar e água para gerar hidrogênio e oxigênio; estudo foi apresentado em evento na Inglaterra (imagem de cloroplastos de planta: Wikimedia)

Um grupo de pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), por exemplo, desenvolve materiais com estrutura em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) capazes de realizar fotossíntese artificialmente para a produção de energia.

“Com base no conhecimento existente do sistema natural de fotossíntese realizado pelas plantas, estamos tentando reproduzir os pontos essenciais para a função fotossintética em materiais artificiais, para energia elétrica ou até mesmo combustível a partir da energia solar”, disse Jackson Dirceu Megiatto Júnior, professor do IQ da Unicamp, à Agência FAPESP.

Alguns desses avanços foram o desenvolvimento de materiais catalisadores (que aceleram uma reação) que, ao serem ativados pela energia solar, quebram as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.

Essa etapa do processo de fotossíntese é considerada a mais complexa, uma vez que os átomos de hidrogênio e oxigênio estão bastante “grudados” nas moléculas de água. Por essa razão, era difícil encontrar um material capaz de separá-los seletivamente, sem se degradar.

Mas recentemente foram desenvolvidos novos materiais, como painéis solares de silício, com a capacidade de realizar esse processo denominado de “separação da água induzida pela luz solar”. Com isso, de acordo com Megiatto, abriu-se a perspectiva de conectar esses materiais fotoativos a células a combustível convencionais – células eletroquímicas que convertem energia química em elétrica ao combinar os gases hidrogênio e oxigênio para formar moléculas de água novamente.

“O desafio agora é conectar esses materiais a uma célula a combustível. Se formos capazes de usar o hidrogênio e o oxigênio produzidos por esses novos materiais em uma célula a combustível, será possível gerar água novamente e eletricidade e fechar o ciclo de realização de fotossíntese artificial”, avaliou.

 De acordo com Megiatto, algumas das limitações para utilizar painéis solares de silício para separar hidrogênio e oxigênio das moléculas de água por meio da energia solar é que são materiais caros e difíceis de serem processados para que tenham a pureza necessária a essa finalidade.

A fim de encontrar uma alternativa, os pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp buscam na própria natureza materiais capazes de absorver a luz solar e gerar energia (fotovoltaicos), que também funcionem como catalisadores.

O material mais promissor encontrado foi a clorofila – o pigmento fotossintético que, além de conferir a cor verde, é utilizado pelas plantas para realizar fotossíntese.

“Essas moléculas são a saída da natureza para conseguir absorver energia solar. O processo de sintetização química delas, no entanto, é difícil e caro”, disse Megiatto.

Para transpor essas barreiras, o pesquisador começou a sintetizar durante seu pós-doutorado, realizado nos Estados Unidos, moléculas de uma clorofila artificial, chamadas de porfirinas.

Além de mais simples de serem sintetizadas do que a clorofila natural, as moléculas artificiais do pigmento também são mais fáceis de serem manipuladas quimicamente, disse Megiatto

Uma vantagem da clorofila artificial, de acordo com Megiatto, é a maior estabilidade química das porfirinas. As moléculas de clorofila natural, quando estão dentro do meio protéico da fotossíntese natural, são estáveis. Ao extraí-las do meio protéico, no entanto, apresentam reações físico-químicas e são degradadas rapidamente.

Já a porfirina tem uma tendência menor a apresentar esse tipo de comportamento, comparou o pesquisador.

Segundo Megiatto, as plantas desperdiçam grande quantidade de energia solar durante o processo fotossintético natural. Como depende de energia para uma série de necessidades, como para seu desenvolvimento e manutenção da vida, a cana-de-açúcar, por exemplo, só utiliza uma pequena parte da energia solar para fixar gás carbônico em açúcares, apontou.

“A eficiência máxima da fotossíntese natural é, aproximadamente, 10%”, afirmou Megiatto. “Plantas terrestres têm eficiência fotossintética menor do que 1%, enquanto algumas algas são capazes de realizar fotossíntese com uma eficiência que varia entre 4% e 5%.”

Cientistas estão tentando melhorar  a eficiência da fotossíntese em plantas de arroz, através de mudanças em rotas bioquímicas e na anatomia das folhas da planta, a fim de obter uma eficiência fotossintética, de uso de água e de nitrogênio 50 % maior do que uma variedade não modificada geneticamente.

Fonte: http://agencia.fapesp.br/18685