Os dispositivos artificiais de fotossíntese têm sido apontados como uma maneira de remover o dióxido de carbono da atmosfera e transformá-lo em produtos úteis. Novas pesquisas descrevem um dispositivo altamente eficiente e barato que pode ser usado para transformar resíduos de dióxido de carbono em metano.
Investigadores trabalham numa abordagem de fotossíntese artificial que utiliza a luz solar para transformar CO2 em metano verde. Como resultado, poderá ser possível tornar os dispositivos movidos a gás natural neutros em carbono.
CO2, Metano verde e gás natural… os ingredientes para um novo conceito
O gás natural, que consiste principalmente em metano, é um combustível mais limpo que o carvão e foi caracterizado como um “combustível de ponte” antes da transição para fontes de energia renováveis. Contudo, nem todos pensam que é uma boa ideia queimar ainda mais hidrocarbonetos.
Assim, esta notícia assenta em 3 conceitos que devem estar claros:
- O metano é o principal componente do gás natural;
- A fotossíntese é o processo pelo qual as plantas verdes utilizam a luz solar para produzir alimentos a partir de dióxido de carbono e água, libertando oxigénio como subproduto;
- A fotossíntese artificial destina-se frequentemente à produção de combustíveis hidrocarbonados, semelhantes ao gás natural ou à gasolina, a partir dos mesmos materiais de base.
Com estas três variáveis, um grupo de investigadores está a trabalhar no desenvolvimento de um novo método de geração de metano.
Os especialistas da Universidade de Michigan, Universidade McGill e Universidade McMaster juntaram-se para criar um novo catalisador. Assim, este dispositivo poderá reciclar o dióxido de carbono resultando da queima de combustível numa combustão limpa dentro de 5 a 10 anos.
Catalisador de Energia Solar barato
O principal avanço deste grupo de investigadores passou pelo aproveitamento de correntes elétricas relativamente grandes com um dispositivo que deveria ser possível produzir em massa. O catalisador de energia solar que eles fabricaram é feito de materiais abundantes e opera numa configuração que poderia ser produzida em grandes quantidades.
Além disso, é referido que também é particularmente bom em canalizar esta eletricidade para a formação de metano, com metade dos eletrões disponíveis entrando em reações produtoras de metano, e não em subprodutos como o hidrogénio ou o monóxido de carbono.
Os dispositivos de fotossíntese artificial anteriores frequentemente operam numa pequena fração da densidade máxima de corrente de um dispositivo de silício, enquanto aqui operamos em 80 a 90% do máximo teórico usando materiais prontos para a indústria e catalisadores abundantes na terra.
Explicou Baowen Zhou, investigador do grupo que trabalha neste projeto.
Imagem de microscópio eletrónico mostra os nanofios semicondutores. Eles entregam eletrões às nanopartículas de metal, que transformam dióxido de carbono e água em metano. Foto: Baowen Zhou
Metano verde com nanopartículas de cobre e ferro
O trabalho teórico e computacional da equipa identificou o componente chave do catalisador: o cobre e as nanopartículas de ferro. Nesse sentido, estes dois materiais agarram-se às moléculas pelos seus átomos de carbono e oxigénio. Então o hidrogénio tem o tempo necessário para saltar dos fragmentos da molécula de água para o átomo de carbono.
O dispositivo é uma espécie de painel solar com nanopartículas de cobre e ferro. Assim, este poderá usar a energia do sol ou uma corrente elétrica para quebrar o dióxido de carbono e a água.
A camada base é uma bolacha de silício que é coroada com nanofios, cada um com 300 nanómetros (0,0003 milímetros) de altura e aproximadamente 30 nanómetros de largura, feita de nitreto de gálio semicondutor.
Outro facto interessante: o dispositivo pode ser concebido para funcionar apenas com energia solar, ou a produção de metano pode ser amplificada com um suplemento de eletricidade. Alternativamente, ao funcionar com eletricidade, o dispositivo poderia ser operado no escuro.
Na prática, o painel de fotossíntese artificial precisaria estar ligado a uma fonte de dióxido de carbono concentrado, por exemplo, o dióxido de carbono recolhido das chaminés industriais. O dispositivo também pode ser configurado para produzir gás natural sintético (syngas) ou ácido fórmico, um conservante comum na alimentação animal.