Fato Relevante: Cientistas produzem catalizador a luz solar e o dióxido de carbono em combustível - Fotossíntese Artificial

A ciência sonha a tempos em reproduzir o processo de fotossíntese artificialmente usando a energia a luz solar para produzir hidrocarbonetos combustíveis a partir do dióxido de carbono (CO2) e da água. Agora, um novo catalisador químico, suficientemente barato, realizou parte desse processo com eficiência usando eletricidade de uma célula solar para dividir moléculas de CO2 em monóxido de carbono rico em energia (CO) e oxigênio.

A conversão ainda não é eficiente o suficiente para competir com combustíveis fósseis como a gasolina. Mas um dia poderia levar a métodos para fazer quantidades teoricamente ilimitadas de combustíveis líquidos a partir da luz solar, água e dióxido de carbono, que é um dos gases de efeito estufa.

O novo trabalho apresenta "um resultado muito bom", diz John Turner, especialista em combustíveis renováveis ​​no National Renewable Energy Laboratory em Golden, Colorado. A transformação começa quando o CO2 é dividido em oxigênio e CO, que pode ser combinado com hidrogênio para produzir uma variedade de combustíveis de hidrocarbonetos. Adicionando quatro átomos de hidrogênio, por exemplo, produz-se o metanol, um combustível líquido que pode ser utilizado em carros.


Ao longo das duas últimas décadas, os pesquisadores descobriram uma série de catalisadores que permitem esse primeiro passo e dividem o CO2 quando o gás é borbulhado através da água na presença de uma corrente elétrica. Um dos melhores estudados é uma mistura barata e abundante de cobre e oxigênio chamada óxido de cobre. O problema é que o catalisador divide mais água do que o CO2, produzindo hidrogênio molecular (H2), um composto menos rico em energia, diz Michael Graetzel, químico do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne, cujo grupo estudou há muito tempo Catalizadores de divisão de CO2.

No ano passado, Marcel Schreier, um dos estudantes de graduação de Graetzel, estava investigando os detalhes de como os catalisadores de óxido de cobre funcionam. Ele colocou uma camada deles em um eletrodo baseado em óxido de estanho, que alimentava elétrons para um copo contendo água e CO2 dissolvido. Em vez de dividir a água o catalisador de óxido de cobre gerou um CO quase puro. "Foi uma descoberta feita por acaso", diz Graetzel.

O dispositivo, diz Graetzel, parece desativar os pontos quentes que ajudam a dividir a água. Como resultado, quase toda a corrente elétrica passou a produzir o CO, mais desejável. Com a descoberta, a equipe da Graetzel procurou acelerar o trabalho do catalisador. Para fazê-lo, eles aperfeiçoaram o eletrodo com nanofios de óxido de cobre, que possuem uma área de superfície alta para realizar a reação de queima de CO2, e envolveu-os com uma camada de estanho de um único átomo.

Como a equipe da Graetzel relata esta semana na Nature Energy, a estratégia funcionou, convertendo 90% das moléculas de CO2 em CO, com hidrogênio e outros subprodutos que compõem o resto. Eles também criaram sua configuração para uma célula solar e mostraram que um registro de 13,4% da energia na luz solar capturada foi convertido em ligações químicas do CO. Isso é muito melhor do que as plantas, que armazenam energia com cerca de 1% de eficiência e até mesmo abordagens híbridas recentes que combinam catalisadores com micróbios para gerar combustível.


Nate Lewis, um químico do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, diz que o novo resultado soma-se a outras melhorias recentes que utilizam diferentes catalisadores para transformar o CO2 em combustíveis. "Juntos, eles mostram que estamos fazendo progressos", diz Lewis. Mas ele também adverte que os esforços atuais para transformar o CO2 em combustível permanecem diretamente no campo da pesquisa básica, porque eles não conseguem gerar combustível a um preço próximo do petróleo refinado.

Ainda assim, explodir os suprimentos de eletricidade renovável agora, ocasionalmente, geram mais energia do que a grade pode lidar. Então, os cientistas estão procurando uma maneira viável de armazenar o excesso de eletricidade. Isso provavelmente impulsionará novos progressos no armazenamento de energia em combustíveis químicos, diz Graetzel.

Fonte: Science