A biocélula usa proteínas de uma bactéria que sobrevive em condições extremas. [Imagem: Tim Kothe et al./Angewandte Chemie]
Embora os sucessos com a fotossíntese artificial estejam se acumulando, químicos alemães queriam de fato aproveitar o que já está pronto na natureza.
Eles então incorporaram as duas proteínas dos fotossistemas 1 e 2, que as plantas usam para fazer a fotossíntese, em moléculas sintéticas desenvolvidas em laboratório.
Tim Kothe e seus colegas da Universidade Ruhr em Bochum demonstraram que essa célula solar híbrida, meio sintética, meio natural, produz uma corrente elétrica com boa eficiência.
Cianobactérias
Para criar um sistema mais robusto, que pudesse sobreviver bem ao Sol, os pesquisadores usaram fotossistemas não de plantas, mas de cianobactérias termofílicas que se desenvolvem durante o escaldante verão japonês.
Devido ao habitat e comportamento das bactérias, seus fotossistemas mostraram-se muito mais estáveis do que as proteínas equivalentes de espécies que não ocorrem em condições ambientais extremas.
Na natureza, os fotossistemas 1 e 2 usam a energia do Sol para converter o dióxido de carbono em oxigênio e biomassa.
Na biocélula solar, contudo, os pesquisadores usaram-nos para produzir eletricidade.
Para isso, eles desenvolveram um hidrogel usando materiais condutores de eletricidade – são hidrogéis redox – a fim de conectar as biocélulas aos eletrodos que coletam a corrente de elétrons.
Estrutura da célula solar de base biológica
Esquema de funcionamento da biocélula, que poderá produzir eletricidade ou hidrogênio. [Imagem: Tim Kothe et al./Angewandte Chemie]
A biocélula solar é formada por duas câmaras.
Na primeira, a proteína do fotossistema 2 extrai elétrons das moléculas de água, gerando oxigênio. Os elétrons migram através do hidrogel redox até o primeiro eletrodo, que é conectado ao eletrodo da segunda câmara.
O eletrodo na segunda câmara leva os elétrons através de um hidrogel redox diferente até o fotossistema 1. Lá, os elétrons são passados para o oxigênio, gerando novamente água.
Os hidrogéis redox são diferentes nas duas câmaras para que haja uma diferença de potencial entre os dois eletrodos, essencial para que a célula solar funcione.
Os fotossistemas fazem tudo isso apenas quando são “alimentados” por energia luminosa. Assim, quando são expostos à luz solar, gera-se um fluxo contínuo de eletricidade nesse sistema fechado.
Geração de hidrogênio
O protótipo gerou apenas alguns nanowatts de eletricidade por centímetro quadrado, mas representa uma demonstração de conceito interessante para futuros desenvolvimentos.
“O sistema pode ser considerado um diagrama esquemático para o desenvolvimento de células semi-artificiais e naturais, nas quais fotossíntese é usada na produção induzida pela luz de portadores de energia alternativos, como o hidrogênio,” propõe o professor Matthias Rögner.
Bibliografia:
Combination of A Photosystem 1-Based Photocathode and a Photosystem 2-Based Photoanode to a Z-Scheme Mimic for Biophotovoltaic Applications
Tim Kothe, Nicolas Plumeré, Adrian Badura, Marc M. Nowaczyk, Dmitrii A. Guschin, Matthias Rögner, Wolfgang Schuhmann
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/anie.201303671
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Autor: Inovação Tecnológica
