Tecnologia Científica
Transformando a luz do sol em alimentos e combustaveis - com um dispositivo de mesa
A fotossantese artificial éa tentativa da humanidade de replicar esse processo para criar de forma sustenta¡vel combustaveis limpos e fertilizantes agracolas - todos movidos a energia solar.
Por
Jim Shelton - 14/03/2021
Prota³tipo de dispositivo de fotossantese artificial de mesa.
a‰ possível que a fotossantese artificial esteja logo ali.
A fotossantese éo processo natural pelo qual a luz solar divide as moléculas de águaem oxigaªnio, pra³tons e elanãtrons e reduz o dia³xido de carbono a carboidratos. A fotossantese artificial éa tentativa da humanidade de replicar esse processo para criar de forma sustenta¡vel combustaveis limpos e fertilizantes agracolas - todos movidos a energia solar.
Victor Batista, o professor de química John Randolph Huffman e membro do corpo docente do Instituto de Ciências da Energia em Yale West Campus, faz parte de um novo projeto multi-institucional que deu um salto drama¡tico no aproveitamento da fotossantese artificial.
O projeto - que recentemente recebeu uma doação de US $ 6,25 milhões do Departamento de Defesa dos Estados Unidos - já produziu um dispositivo de mesa capaz de operar por mais de 3.000 horas sem qualquer degradação. O dispositivo - sob luz solar visível em temperatura ambiente - écapaz de converter metano no benzeno quamico intermediário e reduzir o nitrogaªnio em ama´nia, um importante bloco de construção do fertilizante.
Batista conversou sobre o projeto e seu potencial. A entrevista foi editada e condensada.
Em termos gerais, por que vocêe seus colegas estãointeressados ​​na fotossantese artificial?
A ideia, o principal desafio para nós, éusar a luz solar para fazer reações químicas. O mundo atualmente depende de recursos energanãticos insustenta¡veis. Estamos tentando mudar a forma como alimentamos nossa economia - evitando o uso de petra³leo e reações poluentes de carbono. Queremos usar luz solar, que seja limpa e amiga do ambiente.
Existem muitos laboratórios em todo o mundo investigando a fotossantese artificial. O que torna sua abordagem diferente?
A principal diferença tem a ver com os materiais semicondutores que estamos explorando como a plataforma para a divisão da águae o inicio das reações químicas. Em parceria com a Universidade de Michigan, a Universidade da Califórnia em Santa Ba¡rbara e a Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Yale estãoprocurando nanoestruturas de nitreto de ga¡lio especialmente preparadas como a plataforma ideal para a fotossantese artificial.
O nitreto de ga¡lio pode ser um semicondutor de alta qualidade que nos da¡ controle sobre a seletividade das reações e a pureza dos produtos gerados por reações fotoquímicas. a‰ uma abordagem que já produziu resultados preliminares fanta¡sticos, em termos de conversão de nitrogaªnio em ama´nia - um ingrediente chave em fertilizantes - e a conversão de metano em benzeno.
Quais são os usos comuns do benzeno?
O benzeno éuma matéria-prima química importante para uma ampla gama de aplicações, incluindo polímeros, pla¡sticos, resinas, adesivos, lubrificantes, corantes e medicamentos. No ano passado teve uma produção mundial de 50 milhões de toneladas.
Atualmente éfeito por uma reação de hidrocarbonetos e hidrogaªnio em alta temperatura e pressão [500 a 525 graus Celsius e pressaµes que variam de 8 a 50 atm]. Com nosso dispositivo, estamos produzindo benzeno com luz solar em temperatura ambiente e pressão normal. A ressalva éque ainda não entendemos o mecanismo e, portanto, como escalona¡-lo para a produção em larga escala.
Em termos práticos, como funciona o seu dispositivo?
Vocaª deve ver o prota³tipo que desenvolvemos. a‰ incrivelmente simples.
O dispositivo fotocatalatico absorve luz solar para separar cargas nasuperfÍcie de fotoeletrodos de nitreto de ga¡lio de alta qualidade. As cargas são passadas para um catalisador de metal nasuperfÍcie onde ocorre a reação. Ao exporsuperfÍcies especaficas de nitreto de ga¡lio, com impurezas especaficas, podemos alcana§ar seletividade dos produtos gerados.
Qual éo papel de Yale no projeto?
Este éum resultado de engenharia que requer mais pesquisas para entender por que funciona e como torna¡-lo ainda melhor com maior eficiência. A contribuição de Yale éo desenvolvimento de técnicas de modelagem computacional que nos dara£o modelos numanãricos desse catalisador e dos processos de reação resultantes - atéonívelmolecular.
Algo que me deixa muito feliz éque conseguimos convencer Bob Crabtree [Conkey P. Whitehead, professor de química de Yale] a ser um consultor saªnior neste projeto. Bob éum especialista em cata¡lise, que éum aspecto central do projeto.
O subsadio do Departamento de Defesa éde cinco anos. Sera¡ tempo suficiente para encontrar as respostas que vocêestãoprocurando?
Já temos um prota³tipo de dispositivo que vocêpode segurar nas ma£os. Tambanãm temos todas as técnicas de que precisamos para avana§ar totalmente em nosso entendimento. Estou muito animado com o que estamos tentando fazer.
Dada a ameaça existencial da mudança climática, vocêe seus colegas sentem uma sensação de urgência?
Eu diria simplesmente que esta éuma prioridade muito alta. Queremos liderar o esfora§o mundial na busca de maneiras via¡veis ​​de produzir combustaveis e commodities com manãtodos sustenta¡veis. Queremos aprimorar nosso conhecimento e usa¡-lo para o bem da humanidade.
