Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, aproveitaram o poder da fotossíntese para converter CO2, água e luz solar em combustíveis multicarbonados – etanol e propanol – em uma única etapa. Esses combustíveis têm alta densidade de energia e podem ser facilmente armazenados ou transportados.

Ao contrário dos combustíveis fósseis, esses combustíveis solares produzem emissões líquidas zero de carbono e são completamente renováveis e, ao contrário da maioria do bioetanol, não desviam nenhuma terra agrícola da produção de alimentos.

Embora a tecnologia ainda esteja em escala de laboratório, os pesquisadores dizem que suas “folhas artificiais” são um passo importante na transição de uma economia baseada em combustíveis fósseis. Os resultados são relatados na revista Nature Energy .

O bioetanol é apresentado como uma alternativa mais limpa à gasolina, uma vez que é feito de plantas em vez de combustíveis fósseis. A maioria dos carros e caminhões na estrada hoje funciona com gasolina contendo até 10% de etanol (combustível E10). Os Estados Unidos são o maior produtor mundial de bioetanol: de acordo com o Departamento de Agricultura dos EUA, quase 45% de todo o milho cultivado nos EUA é usado para a produção de etanol.

“Os biocombustíveis como o etanol são uma tecnologia controversa, principalmente porque ocupam terras agrícolas que poderiam ser usadas para cultivar alimentos”, disse o professor Erwin Reisner, que liderou a pesquisa.

Por vários anos, o grupo de pesquisa de Reisner, baseado no Departamento de Química de Yusuf Hamied, vem desenvolvendo combustíveis sustentáveis, sem carbono, inspirados na fotossíntese – o processo pelo qual as plantas convertem a luz do sol em alimento – usando folhas artificiais.

Até o momento, essas folhas artificiais só conseguiram produzir produtos químicos simples, como gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono que é usada para produzir combustíveis, produtos farmacêuticos, plásticos e fertilizantes. Mas, para tornar a tecnologia mais prática, ela precisaria ser capaz de produzir produtos químicos mais complexos diretamente em uma única etapa movida a energia solar.

Agora, a folha artificial pode produzir diretamente etanol e propanol limpos sem a necessidade da etapa intermediária de produção de gás de síntese.

Os pesquisadores desenvolveram um catalisador à base de cobre e paládio. O catalisador foi otimizado de forma a permitir que a folha artificial produzisse produtos químicos mais complexos, especificamente os álcoois multicarbonados etanol e n-propanol. Ambos os álcoois são combustíveis de alta densidade energética que podem ser facilmente transportados e armazenados.

Outros cientistas conseguiram produzir produtos químicos semelhantes usando energia elétrica, mas esta é a primeira vez que tais produtos químicos complexos foram produzidos com uma folha artificial usando apenas a energia do sol.

“Iluminar a luz do sol nas folhas artificiais e obter combustível líquido a partir do dióxido de carbono e da água é uma parte incrível da química”, disse o Dr. Motiar Rahaman, o primeiro autor do artigo. “Normalmente, quando você tenta converter CO2 em outro produto químico usando um dispositivo de folha artificial, quase sempre obtém monóxido de carbono ou gás de síntese, mas aqui conseguimos produzir um combustível líquido prático apenas usando a energia do sol. É um avanço empolgante que abre novos caminhos em nosso trabalho.”

No momento, o dispositivo é uma prova de conceito e mostra apenas uma eficiência modesta. Os pesquisadores estão trabalhando para otimizar os absorvedores de luz para que possam absorver melhor a luz solar e otimizar o catalisador para que possa converter mais luz solar em combustível. Mais trabalho também será necessário para tornar o dispositivo escalável para que possa produzir grandes volumes de combustível.

“Embora ainda haja trabalho a ser feito, mostramos o que essas folhas artificiais são capazes de fazer”, disse Reisner. “É importante mostrar que podemos ir além das moléculas mais simples e fazer coisas que são diretamente úteis à medida que nos afastamos dos combustíveis fósseis.”

A pesquisa foi apoiada em parte pela bolsa Marie Sk?odowska-Curie da Comissão Europeia, pelo Cambridge Trust e pelo Programa Winton para a Física da Sustentabilidade. Erwin Reisner é um Fellow e Motiar Rahaman é um pesquisador associado do St John's College, Cambridge.