Nova fotossíntese ‘artificial’ é 10 vezes mais eficiente do que tentativas anteriores

por *Stephanie Pappas

Um novo método de fotossíntese artificial pode levar os humanos um passo mais perto de usar o maquinário das plantas para produzir combustíveis.

O novo sistema é 10 vezes mais eficiente do que os métodos anteriores de fotossíntese sintética. Enquanto a fotossíntese natural permite que as plantas transformem dióxido de carbono (CO2) e água em carboidratos usando o poder do sol, o método artificial pode transformar dióxido de carbono e água em combustíveis densos em energia, como metano e etanol. Isso poderia fornecer uma alternativa aos combustíveis fósseis extraídos de rochas antigas.

“O maior desafio que muitas pessoas não percebem é que nem mesmo a natureza tem solução para a quantidade de energia que usamos”, disse Wenbin Lin, químico da Universidade de Chicago, um dos autores do novo estudo .

A fotossíntese natural, embora suficiente para as plantas se alimentarem, fica aquém de fornecer a quantidade de energia necessária para abastecer nossas casas, cidades e nações.

Um estudo de seis químicos da Universidade de Chicago mostra um novo sistema inovador para fotossíntese artificial que é mais produtivo do que os sistemas artificiais anteriores em uma ordem de grandeza. Acima, uma ilustração artística do processo

“Teremos que fazer melhor do que a natureza, e isso é assustador”, disse ele. Os pesquisadores têm trabalhado para pegar emprestado o maquinário da fotossíntese para criar seus próprios produtos químicos desejados há anos, mas ajustar a fotossíntese para atender às necessidades humanas não é fácil.

O processo é complicado e envolve duas etapas: primeiro, separar a água e o CO2 e, segundo reconectar os átomos em carboidratos. Lin e sua equipe tiveram que criar um sistema que produziria metano, ou CH4, que é um carbono cercado por quatro moléculas de hidrogênio. Embora a combustão desse metano sintético ainda leve a emissões de gases de efeito estufa, os pesquisadores também estão trabalhando no uso da fotossíntese artificial para produzir combustíveis de hidrogênio , que liberam apenas vapor de água e ar quente. Para fazer isso, eles começaram com uma estrutura metal-orgânica – uma teia feita de átomos metálicos carregados ligados por moléculas orgânicas. (Moléculas orgânicas contêm carbono.) Eles submergiram camadas únicas dessa estrutura metal-orgânica em uma solução de cobalto; este elemento é bom para pegar elétrons e movê-los durante as reações químicas.

Então os pesquisadores fizeram algo que não havia sido tentado antes. Eles adicionaram aminoácidos, os blocos de construção moleculares das proteínas, à mistura. Esses aminoácidos aumentaram a eficiência de ambos os lados da reação, quebrando o CO2 e a água e reconstruindo-os como metano.

O sistema resultante foi 10 vezes mais eficiente do que os métodos anteriores de fotossíntese artificial, relatou a equipe na revista Nature Catalysis. No entanto, isso ainda não é eficiente o suficiente para produzir metano suficiente para uso humano como combustível.

Se você desenvolver bons produtos químicos , eles podem ser conectados a muitos sistemas

A equação da fotossíntese oxigenada é:

6CO2 + 12H2O + Energia luminosa → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Aqui, seis moléculas de dióxido de carbono (CO2) se combinam com 12 moléculas de água (H2O) usando energia luminosa. O resultado final é a formação de uma única molécula de carboidrato (C6H12O6, ou glicose) juntamente com seis moléculas de oxigênio e água

“Onde estamos agora, seria necessário aumentar em muitas ordens de magnitude para produzir uma quantidade suficiente de metano para o nosso consumo”, disse Lin. Mas, disse ele, a equipe conseguiu determinar como o sistema funciona em nível molecular, que nunca havia sido totalmente compreendido antes. Compreender o processo é uma etapa crucial antes que eles possam ampliar o processo.

Se atualmente o sistema não é eficiente o suficiente para abastecer carros ou aquecer residências, já pode ser viável para outros usos que não exijam um volume tão alto de produto. Por exemplo, disse Lin, um método semelhante poderia ser usado para produzir produtos químicos básicos para produtos farmacêuticos. “Muitos desses processos fundamentais são os mesmos”, disse Lin. “Se você desenvolver bons produtos químicos , eles podem ser conectados a muitos sistemas”.