A promessa da fotossíntese sintética encanta qualquer um. Por quê? Já que mais energia chega até a Terra em uma hora do que a humanidade consegue utilizar em um ano completo, ela permitiria obter grandes quantidades de energia elétrica, de forma bem mais eficiente, e armazená-las quando necessário, tal como as plantas fazem, nas palavras do químico Nate Lewis, do renomado Instituto de Tecnologia, em Pasadena, na Califórnia.
Os especialistas já sabem como transformar energia solar em energia elétrica. Graças ao efeito fotovoltaico, o sol se tornou uma fonte inesgotável de energia. Para isso, utilizamos as células fotovoltaicas convencionais (de silício cristalino) ou orgânicas (de polímeros).
Mas o sol não brilha onde e quando desejamos. Por meio da fotossíntese, as plantas têm as habilidades – invejáveis, a princípio – de converter a luz solar em ‘combustível’ e de armazenar.
Se os cientistas conseguissem fazer o mesmo, nossos problemas energéticos estariam resolvidos. Agora, muitos empresários e pesquisadores estão encarando esse desafio com seriedade, e prometem atingir o esperado.
Nosso futuro hidrogênio de cada dia
A fotossíntese utiliza a luz solar para quebrar moléculas de água em suas partes constituintes (hidrogênio e oxigênio) e rearranja tais partes em moléculas mais energéticas, quimicamente falando. No caso das plantas, carboidratos são o produto final, graças a uma ajuda do dióxido de carbono retirado da atmosfera.
Mas a planta só armazena alguns por centos da energia solar em carboidratos. Os catalisadores naturais, que ajudam no processo, degradam-se rapidamente e precisam ser constantemente renovados.
E carboidratos são, de longe, o pior tipo de combustíveis para nossos propósitos, na opinião dos cientistas envolvidos nesse tipo de pesquisa. Precisamos de algo mais puro e com uma densidade de energia maior. O hidrogênio é a escolha óbvia, então, pois armazena duas vezes e meia mais energia por quilograma que a gasolina convencional. Coloque isso em uma célula de combustível e você pode gerar eletricidade, recombinando-a com oxigênio, um subproduto da água.
Solução nos detalhes
Isso quer dizer que a fotossíntese artificial não se trata apenas de imitar a fotossíntese. Trata-se de fazê-la melhor ainda. “Parece simples: você está apenas quebrando a água”, diz o químico Daniel Gamelin, da Universidade de Washington, em Seattle, Estados Unidos. Segundo ele, o mais complicado para os cientistas está nos detalhes.
Primeiro, precisa-se construir uma antena parecida com uma célula fotovoltaica convencional, que absorva luz e utilize sua energia para liberar elétrons. Daí é que a química entra em ação: esses elétrons precisam ser guiados por uma enzima em uma complexa ‘dança’ para reagir com as moléculas certas, a fim de produzir o combustível que queremos.
Em 1998, o físico John Turner, do Laboratório Nacional de Energia Renovável, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, estava trabalhando com seu colega Oscar Khaselev. “Um dia, estava atravessando o hall de entrada do laboratório eu vi um pôster sobre fotossíntese sintética. Pensei: eu posso ajudar”, Turner relembra.
Depois de um ano intenso de pesquisas e experimentos, ele concebeu seu dispositivo: um chip semicondutor de alguns milímetros quadrados que fica em um tubo de ensaio com ácido de bateria e com enzimas de platina. Na luz do sol, para contentamento do pesquisador, o hidrogênio começava a borbulhar na superfície do chip, com uma eficiência aproximada de 12% da energia solar.
Mas houve alguns obstáculos. O hidrogênio borbulhava junto com o oxigênio, o que os torna uma mistura potencialmente explosiva. O dispositivo então quebrava depois de 20 horas, aproximadamente, devido à oxidação e à queima de alguns de seus componentes.
E isso não saiu barato. Cada centímetro quadrado custava cerca de um dólar (R$ 1,92). E Turner reconhece que isso era 10 vezes mais caro para produzir hidrogênio a um custo razoável.
Desde então, muitos problemas têm tirado o sono de cientistas. “Você têm um banquinho com três pernas: um sistema tem que ser eficiente, barato e forte”, explica Gamelin. E conseguir os três é o desafio da vez, segundo Lewis.
Sem momentos eureca, mas grandes avanços à vista
A primeira tarefa é descobrir qual o melhor material para a antena. O silício é relativamente barato e abundante, e absorve boas quantidades de fótons dos raios solares.
Mas libera elétrons com uma potência de 1,1 elétronvolts, e o mínimo necessário para quebrar a água são 1,23 elétronvolts. Além disso, na prática, é necessário mais para iniciar a reação. Uma alternativa possível na qual os cientistas trabalham é empilhar camadas de silício, pois isso aumentaria a voltagem dos elétrons.
Quando pesquisadores encontrarem soluções para as três questões principais mencionadas acima, os cientistas ainda terão de descobrir uma maneira de todos os dispositivos trabalharem juntos, e bem.
Embora a ciência não tenha tido um momento eureca até agora, grandes avanços foram feitos. E eles prometem dar bons frutos em um futuro não tão distante.
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