Os químicos de Yale estãoavaçando com trabalhos inovadores para desenvolver os combusta­veis la­quidos a partir da luz solar do futuro.

Um quinteto de pesquisadores de Yale - Sharon Hammes-Schiffer, Nilay Hazari, Patrick Holland, James Mayer e Hailiang Wang - estãoentre os principais investigadores (PI) do Centro de US $ 40 milhões para Abordagens Ha­bridas de Energia Solar para Combusta­veis La­quidos do Departamento de Energia dos EUA (CORRER ATRaS).

O CHASE, que envolve seis instituições cienta­ficas, tera¡ sua sede na University of North Carolina-Chapel Hill. A parte do financiamento de Yale éde US $ 6,27 milhões ao longo de cinco anos, e apoiara¡ dezenas de alunos de graduação e colegas de pa³s-doutorado em Science Hill e no Energy Sciences Institute em West Campus.

Hazari: Um combusta­vel solar éum produto qua­mico sintanãtico produzido a partir da luz solar que pode ser usado para armazenar e liberar energia de maneira semelhante aos combusta­veis fa³sseis. Gerar combusta­veis a partir da luz solar évalioso porque o sol énossa maior fonte de energia e não se esgotara¡ por eras. Nas últimas duas décadas, a sociedade fez um enorme progresso na conversão da luz solar em eletricidade, mas a eletricidade não pode ser armazenada em escala grande o suficiente para muitas aplicações importantes. Portanto, háuma necessidade de combusta­veis solares renova¡veis, especialmente la­quidos que podem ser utilizados com nossa infraestrutura atual, para substituir os combusta­veis fa³sseis.

Hazari: Os processos atuais de produção de combusta­veis solares são muito ineficientes em termos de energia e, como resultado, sua operação écara e desperdia§adora. Nosso conhecimento atual não ésuficiente para produzir sistemas que provavelmente sera£o implementados em uma escala grande o suficiente para atender a s necessidades de combusta­veis renova¡veis ​​na próxima década. Precisamos realizar pesquisas ba¡sicas para desenvolver a tecnologia necessa¡ria para os combusta­veis solares práticos.

Holland: A dificuldade éque uma sanãrie de obsta¡culos cienta­ficos ba¡sicos precisam ser superados para armazenar com eficiência a energia solar em um combusta­vel. Precisamos de materiais que fazm essa conversão sem desperdia§ar muita energia, que sejam robustos e durem muito tempo, e que possam ser melhorados racionalmente.

Hazari: A equipe do CHASE visa combinar materiais que capturam a luz com sistemas que podem usar a energia da luz para fazer combusta­veis sintanãticos a partir de compostos abundantes, como dia³xido de carbono e nitrogaªnio. A maioria dos pesquisadores que trabalham em Yale se concentrara¡ no desenvolvimento de sistemas para converter dia³xido de carbono e nitrogaªnio em combusta­veis la­quidos. O grupo Yale tem experiência no desenvolvimento de novos sistemas e na compreensão de como os sistemas funcionam.

Holanda: CHASE reaºne especialistas em semicondutores, que captam a luz; materiais, que transferem a energia e fornecem um arcabouço para uma arquitetura molecular; e catalisadores, que usam a energia para criar as moléculas de combusta­vel. Vamos nos concentrar em usar CO2, N2 e águacomo materiais de partida porque são abundantes e baratos. Os produtos sera£o combusta­veis la­quidos como etanol e moléculas relacionadas e ama´nia. A equipe de Yale tem experiência especial na transferaªncia de pra³tons e elanãtrons (Mayer e Hammes-Schiffer são especialistas nos mecanismos desses processos), na conversão de CO2 em compostos aºteis (Hazari e Wang são especialistas em soluções e abordagens de materiais, respectivamente), e na conversão de N2 em compostos aºteis (Holanda).

Existem vários grupos em Yale trabalhando na geração de combusta­veis solares, usando uma variedade de abordagens diferentes. Em particular, Yale investiu muito no Instituto de Ciências da Energia. Na última década, Yale também fez contratações que aumentaram nosso impacto nesta área - todos os cinco PIs nesta bolsa foram contratados desde 2009 - e renovou Espaços em Science Hill e West Campus para possibilitar essa química.

Holanda: O subsa­dio apoiara¡ 10 alunos de graduação e pa³s-doutorado por ano durante cinco anos, e esses alunos se beneficiara£o imensamente da ciência estimulante, das interações e da comunidade DOE de pesquisadores de energia. Todos esses projetos sera£o colaborativos, nos conectando com grupos de pesquisa da Universidade da Carolina do Norte, NC State, Penn, Emory e Brookhaven National Laboratory. O BNL tem muitos va­nculos estreitos com Yale, que sera£o aproveitados em nosso trabalho.

Holanda: Alguns projetos específicos examinara£o como ajustar os ambientes locais em torno dos catalisadores; como ligar cascatas de reações catala­ticas; como usar as propriedades especiais das interfaces para melhorar a cata¡lise; e como controlar a seletividade para combusta­veis la­quidos desejados versus subprodutos. Uma das coisas interessantes sobre isso éque os princa­pios que descobrimos sera£o aplica¡veis ​​não apenas aos combusta­veis solares, mas aos catalisadores para muitas reações diferentes, estendendo o impacto.

Holland: A promessa de usar nosso conhecimento de química para resolver problemas de energia éinspiradora para mim e para meus alunos. As lutas da pesquisa de ponta inevitavelmente levam a muitos caminhos errados e armadilhas ao longo do caminho e, para nossos alunos dedicados, a promessa de um futuro melhor torna mais fa¡cil continuar lutando contra esses desafios.

Hazari: Ha¡ uma grande quantidade de pesquisas sendo realizadas em Yale e em outras instituições em todo o mundo sobre combusta­veis solares e outros produtos químicos relacionados a  sustentabilidade. a‰ bom fazer parte de uma comunidade com a mesma opinia£o, que se esforça para resolver problemas tão importantes. Espero que todo esse trabalho um dia faz uma grande diferença na nossa qualidade de vida.