Pesquisadores do Centro de Pesquisa em Fronteiras Energéticas da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill construíram um sistema que, segundo afirmam, converte a energia do sol em combustível de hidrogênio.

“Os chamados ‘combustíveis solares, como o hidrogênio, oferecem uma solução para armazenar energia para uso noturno, seguindo o exemplo da fotossíntese natural”, disse o pesquisador principal Tom Meyer, Professor Distinguido de Química na Faculdade de Artes e Ciências da UNC. “Nossas novas descobertas podem fornecer a última grande peça de um quebra-cabeça para uma nova forma de armazenar a energia do sol—poderia ser um ponto de virada para um futuro baseado em energia solar.”

Batizado de célula de fotoeletrólise sensibilizada por corante (DSPEC), o novo sistema—projetado por Meyer e seus colegas na UNC e pelo grupo de Greg Parsons na Universidade Estadual da Carolina do Norte—gera combustível de hidrogênio utilizando a energia do sol para dividir a água em seus componentes. Após a divisão, o hidrogênio é sequestrado e armazenado, enquanto o oxigênio residual é liberado no ar.

“Mas dividir a água é extremamente difícil de fazer”, disse Meyer em um comunicado. ”É preciso retirar quatro elétrons de duas moléculas de água, transferi-los para outro lugar e produzir hidrogênio e, uma vez feito isso, manter o hidrogênio e o oxigênio separados. Como projetar moléculas capazes de realizar isso é um desafio realmente grande que começamos a superar.”

O projeto de Meyer possui dois componentes básicos: uma molécula e uma nanopartícula. A molécula, uma montagem cromóforo-catalisadora, absorve a luz solar e dá início ao catalisador para retirar elétrons da água. A nanopartícula, à qual milhares de montagens cromóforo-catalisadoras estão ligadas, faz parte de uma película de nanopartículas que transporta os elétrons para produzir hidrogênio.

Segundo a UNC-Chapel Hill, mesmo com as melhores tentativas, o sistema sempre falhava porque ou a montagem cromóforo-catalisadora se soltava das nanopartículas ou porque os elétrons não conseguiam ser transportados rápido o suficiente para produzir hidrogênio.

Para resolver ambos os problemas, Meyer recorreu ao grupo de Parsons na NCSU para utilizar uma técnica que revestiu a nanopartícula com uma fina camada de dióxido de titânio.

Ao usar camadas ultrafinas, os pesquisadores constataram que a nanopartícula podia transportar elétrons muito mais rapidamente do que antes, com os elétrons liberados disponíveis para produzir hidrogênio. Eles também descobriram como construir um revestimento protetor que mantém a montagem cromóforo-catalisadora firmemente ligada à nanopartícula, garantindo que essa montagem permanecesse na superfície.

Com os elétrons fluindo pela nanopartícula e a ligação estabilizada, o novo sistema de Meyer consegue converter a energia do sol em combustível sem precisar de quase nenhuma energia externa para funcionar.

A infraestrutura para instalar esses conversores de luz solar em combustível está próxima, com base na tecnologia já existente. Um próximo objetivo é utilizar a mesma abordagem para reduzir o dióxido de carbono a um combustível à base de carbono, como o formiato ou o metanol.

“Quando se fala em alimentar um planeta com energia armazenada em baterias, isso simplesmente não é prático”, disse Meyer. ”Acontece que a maneira mais densa em termos energéticos de armazenar energia está nas ligações químicas das moléculas. E foi isso que fizemos—encontramos uma resposta por meio da química.”