Uma equipe de pesquisa da Universidade de Basel, na Suíça, desenvolveu uma nova molécula modelada a partir da fotossíntese das plantas: sob a influência da luz, ela armazena simultaneamente duas cargas positivas e duas negativas. O objetivo é converter a luz solar em combustíveis carbonicamente neutros.
As plantas utilizam a energia da luz solar para converter CO2 em moléculas de açúcar ricas em energia. Esse processo é conhecido como fotossíntese e é a base de praticamente toda a vida: animais e humanos podem “queimar” os carboidratos produzidos dessa forma e utilizar a energia armazenada neles. Isso produz novamente dióxido de carbono, fechando o ciclo.
Esse modelo também pode ser a chave para combustíveis ambientalmente amigáveis, já que os pesquisadores estão trabalhando para imitar a fotossíntese natural e usar a luz solar para produzir compostos de alta energia: combustíveis solares como hidrogênio, metanol e gasolina sintética. Quando queimados, eles produziriam apenas a quantidade de dióxido de carbono necessária para a produção dos combustíveis. Em outras palavras, seriam carbonicamente neutros.
Uma molécula com uma estrutura especial
No jornal científico Nature Chemistry, o professor Oliver Wenger e seu aluno de doutorado Mathis Brändlin relataram agora um importante passo intermediário em direção à realização desta visão de fotossíntese artificial: eles desenvolveram uma molécula especial que pode armazenar quatro cargas simultaneamente sob irradiação de luz – duas positivas e duas negativas.
O armazenamento intermediário de múltiplas cargas é um pré-requisito importante para converter a luz solar em energia química: as cargas podem ser utilizadas para impulsionar reações – por exemplo, para dividir água em hidrogênio e oxigênio.
A molécula é composta por cinco partes que estão ligadas em série, e cada uma desempenha uma função específica. Um lado da molécula possui duas partes que liberam elétrons e se tornam positivamente carregadas no processo. Duas do outro lado capturam os elétrons, causando sua carga negativa. No meio, os químicos colocaram um componente que capta a luz solar e inicia a reação (transferência de elétrons).
Dois passos usando luz
Para gerar as quatro cargas, os pesquisadores adotaram uma abordagem em etapas usando dois flashes de luz. O primeiro flash de luz atinge a molécula e desencadeia uma reação na qual uma carga positiva e uma carga negativa são geradas. Essas cargas se deslocam para as extremidades opostas da molécula. Com o segundo flash de luz, a mesma reação ocorre novamente, de modo que a molécula então contém duas cargas positivas e duas negativas.
Funciona em luz fraca
“Essa excitação em etapas torna possível usar uma luz significativamente mais fraca. Como resultado, já estamos nos aproximando da intensidade da luz solar,” explica Brändlin. Pesquisas anteriores exigiam luz de laser extremamente forte, o que estava longe da visão de fotossíntese artificial. “Além disso, as cargas na molécula permanecem estáveis tempo suficiente para serem utilizadas em reações químicas posteriores.”
Dito isso, a nova molécula ainda não criou um sistema funcional de fotossíntese artificial. “Mas identificamos e implementamos uma peça importante do quebra-cabeça,” diz Oliver Wenger. As novas descobertas do estudo ajudam a melhorar nossa compreensão das transferências de elétrons que são fundamentais para a fotossíntese artificial. “Esperamos que isso contribua para novas perspectivas para um futuro energético sustentável,” afirma Wenger.