Por muitos anos, os cientistas têm lutado com o problema da fotossíntese artificial economicamente viável. O objetivo é usar efetivamente a energia livre da luz solar para reações químicas. Até agora, foi possível usar raios ultravioletas de alta energia para esse fim, mas eles representam apenas 4% do espectro da luz solar. Para outras partes do espectro, apenas alguns materiais eficazes foram encontrados até agora, mas requerem aditivos caros: platina (US $ 31 por grama), rênio (US $ 1000 por grama) ou irídio (US $ 35 por grama).
O professor de química Fernando Uribe-Romo, da Universidade da Flórida Central, e seus alunos
desenvolveram um novo material sintético que converte CO
2 em combustível sob a influência de fótons de luz. Esse material resolve dois problemas ao mesmo tempo: reduz a quantidade de gases de efeito estufa e fornece combustível "ecológico". E o mais importante, metais preciosos não são necessários para sua fabricação! Ele usa titânio, que é vendido em quilogramas - é quase mil vezes mais barato que platina ou irídio.
O material sintético é uma estrutura metal-orgânica (estrutura metal-orgânica, MOF). A propósito, MOFs similares de Zr
6 O
4 (OH)
4 (estearil fumarato)
6 ] são usados para
condensar a água do ar , usando também apenas a luz solar. Imagine que, mesmo no deserto mais seco, você coloca uma garrafa vazia na rua - e ela mesma está cheia de água.
A ilustração abaixo mostra a estrutura cristalina do cristal orgânico metal-MOF MIL-125 para fotossíntese artificial.
Nesse caso, as estruturas metal-orgânicas também usam fótons leves para energia, mas produzem substâncias orgânicas inofensivas na saída - assim como as plantas produzem alimentos e materiais de construção para si no processo de fotossíntese natural. A energia solar é coletada por moléculas chamadas N-alquil-2-aminotereftalatos. Os autores do trabalho científico argumentam que as moléculas podem ser modificadas para responder a partes específicas do espectro. Nesse caso, uma reação ao azul foi usada. No teste, o material foi irradiado com LEDs azuis.
Photoreactor. Foto: Universidade da Flórida CentralO dióxido de carbono foi bombeado para uma espécie de "fotoreator" com uma poderosa luz de fundo de LED. Como resultado da fotossíntese no MOF, o dióxido de carbono foi convertido em formatos e formamidas. Formatos são sais de ácido fórmico e formamidas são amidas de ácido fórmico. Este é um tipo de combustível solar.
Fernando Uribe-Romo vai continuar a pesquisa: ele quer estudar a eficácia da fotossíntese artificial em diferentes comprimentos de onda, bem como em uma maior concentração de dióxido de carbono, onde a eficácia da fotossíntese deve aumentar. O professor diz que, se o processo funcionar com eficiência, esse material ajudará a reduzir o nível de gases de efeito estufa na atmosfera e trabalhará de maneira limpa para produzir combustível. "Este trabalho é um avanço", diz o autor. "Fazer materiais para absorver um espectro específico de luz é muito difícil cientificamente, mas do ponto de vista social, estamos ajudando a desenvolver uma tecnologia que pode reduzir os níveis de gases de efeito estufa".
Professor Fernando Uribe-Romo. Foto: Universidade da Flórida CentralTalvez no futuro eles comecem a construir usinas de energia de um novo tipo - usinas inteiras que começarão a absorver dióxido de carbono da atmosfera em grandes quantidades e produzir combustível. Você não pode se preocupar com a falta de CO
2 - é extremamente simples compensá-lo, portanto sempre haverá material suficiente para a vida de plantas verdes na Terra.
À esquerda estão as isotermas de absorção de CO 2 (273 K), à direita está o diferencial de entalpia de absorçãoO professor até imagina que, no futuro, as pessoas cubram os telhados das casas com esse material metal-orgânico, gerando energia para a família e purificando o ar no quintal.
O trabalho científico foi
publicado em 7 de abril de 2017 na revista
Journal of Materials Chemistry A (doi: 10.1039 / C7TA00437K,
pdf ).