Pesquisadores desenvolveram ‘folhas artificiais’ flutuantes que geram combustíveis limpos a partir da luz solar e da água e podem eventualmente operar em grande escala no mar.
Por Universidade de Cambridge com informações de Science Daily.
Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, projetaram dispositivos ultrafinos e flexíveis, que se inspiram na fotossíntese – o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em alimento. Como os dispositivos autônomos de baixo custo são leves o suficiente para flutuar, eles podem ser usados para gerar uma alternativa sustentável à gasolina sem ocupar espaço em terra.
Testes ao ar livre das folhas leves no rio Cam – perto de locais icônicos de Cambridge, incluindo a Ponte dos Suspiros, a Biblioteca Wren e a Capela do King’s College – mostraram que elas podem converter a luz solar em combustíveis com a mesma eficiência das folhas das plantas.
Esta é a primeira vez que um combustível limpo é gerado na água e, se ampliado, as folhas artificiais podem ser usadas em cursos d’água poluídos, em portos ou mesmo no mar, e podem ajudar a reduzir a dependência da indústria naval global de combustíveis fósseis. Os resultados são relatados na revista Nature .
Embora as tecnologias de energia renovável, como eólica e solar, tenham se tornado significativamente mais baratas e mais disponíveis nos últimos anos, para setores como o transporte, a descarbonização é uma tarefa muito mais difícil. Cerca de 80% do comércio global é transportado por navios de carga movidos a combustíveis fósseis, mas o setor tem recebido muito pouca atenção nas discussões sobre a crise climática.
Há vários anos, o grupo de pesquisa do professor Erwin Reisner em Cambridge vem trabalhando para resolver esse problema desenvolvendo soluções sustentáveis para o petróleo baseadas nos princípios da fotossíntese. Em 2019, eles desenvolveram uma folha artificial, que produz gás de síntese – um intermediário fundamental na produção de muitos produtos químicos e farmacêuticos – a partir da luz solar, dióxido de carbono e água.
O protótipo anterior gerava combustível combinando dois absorvedores de luz com catalisadores adequados. No entanto, incorporou substratos de vidro espessos e revestimentos protetores de umidade, o que tornou o dispositivo volumoso.
“As folhas artificiais podem reduzir substancialmente o custo da produção sustentável de combustível, mas como são pesadas e frágeis, são difíceis de produzir em escala e transporte”, disse o Dr. -autor principal.
“Queríamos ver até onde podemos reduzir os materiais que esses dispositivos usam, sem afetar seu desempenho”, disse Reisner, que liderou a pesquisa. “Se pudermos reduzir os materiais o suficiente para que sejam leves o suficiente para flutuar, isso abre novas maneiras de usar essas folhas artificiais”.
Para a nova versão da folha artificial, os pesquisadores se inspiraram na indústria eletrônica, onde técnicas de miniaturização levaram à criação de smartphones e displays flexíveis, revolucionando o campo.
O desafio para os pesquisadores de Cambridge era como depositar absorvedores de luz em substratos leves e protegê-los contra a infiltração de água. Para superar esses desafios, a equipe de óxidos de metal de filme fino e materiais conhecidos como perovskitas, que podem ser revestidos em plástico flexível e folhas de metal. Os dispositivos foram cobertos com camadas finas de micrômetros à base de carbono, repelentes à água, que impediram a degradação da umidade. Eles acabaram com um dispositivo que não apenas funciona, mas também parece uma folha real.
“Este estudo demonstra que as folhas artificiais são compatíveis com as técnicas modernas de fabricação, representando um passo inicial para a automação e ampliação da produção de combustível solar”, disse Andrei. “Essas folhas combinam as vantagens da maioria das tecnologias de combustível solar, pois atingem o baixo peso das suspensões em pó e o alto desempenho dos sistemas com fio”.
Testes das novas folhas artificiais mostraram que elas podem dividir a água em hidrogênio e oxigênio, ou reduzir o CO 2 a gás de síntese. Embora melhorias adicionais precisem ser feitas antes de estarem prontos para aplicações comerciais, os pesquisadores dizem que esse desenvolvimento abre novos caminhos em seu trabalho.
“As fazendas solares tornaram-se populares para a produção de eletricidade; imaginamos fazendas semelhantes para a síntese de combustível”, disse Andrei. “Eles podem abastecer assentamentos costeiros, ilhas remotas, cobrir lagoas industriais ou evitar a evaporação da água dos canais de irrigação.”
“Muitas tecnologias de energia renovável, incluindo tecnologias de combustível solar, podem ocupar grandes quantidades de espaço em terra, portanto, mover a produção para águas abertas significaria que a energia limpa e o uso da terra não estão competindo entre si”, disse Reisner. “Em teoria, você poderia enrolar esses dispositivos e colocá-los em quase qualquer lugar, em quase qualquer país, o que também ajudaria na segurança energética”.
A pesquisa foi apoiada em parte pelo Conselho Europeu de Pesquisa, o Cambridge Trust, o Programa Winton para a Física da Sustentabilidade, a Academia Real de Engenharia e o Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido ( UKRI). Virgil Andrei e Erwin Reisner são Fellows do St John’s College, Cambridge.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade de Cambridge . Original escrito por Sarah Collins. O texto original desta história está licenciado sob uma Licença Creative Commons.
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Journal Reference:
Virgil Andrei, Geani M. Ucoski, Chanon Pornrungroj, Chawit Uswachoke, Qian Wang, Demetra S. Achilleos, Hatice Kasap, Katarzyna P. Sokol, Robert A. Jagt, Haijiao Lu, Takashi Lawson, Andreas Wagner, Sebastian D. Pike, Dominic S. Wright, Robert L. Z. Hoye, Judith L. MacManus-Driscoll, Hannah J. Joyce, Richard H. Friend, Erwin Reisner. Floating perovskite-BiVO4 devices for scalable solar fuel production. Nature, 2022; 608 (7923): 518 DOI: 10.1038/s41586-022-04978-6
