Se os humanos vão imitar a forma única com que a natureza converte a luz em energia, então vamos precisar fabricar árvores muito extraordinárias.
Engenheiros elétricos da Califórnia querem fazer exatamente isso. O novo dispositivo, uma “nanoárvore”, é feita de materiais baratos e abundantes, e usa a luz solar para quebrar moléculas de água em oxigênio e hidrogênio, que podem ser usadas em células de combustível para produzir energia.
Células de combustível de hidrogênio podem alimentar de carros até casas. Mas o hidrogênio não existe sozinho na natureza. Os átomos precisam ser separados de outras moléculas, como a água.
Fazer isso exige energia, e no momento, cerca de 90% do gás hidrogênio é criado usando combustíveis fósseis, o que causa a emissão de dióxido de carbono.
Os engenheiros responsáveis pela árvore foram Ke Sun e Deli Wang. As nanoárvores poderiam usar a luz solar para gerar uma corrente elétrica, em um reação controlada sem emissão de gases nocivos. “Basicamente, é igual uma árvore”, comenta Wang.
As nanoárvores levaram muitos anos para serem feitas. Em agosto de 2009, após algumas tentativas que não usavam luz como fonte, Sun chegou com a ideia de fabricar as estruturas para as células solares.
Cada nanoárvore cresce em um líquido. Isso começa quando os cientistas colocam um nanocabo de silício em uma solução com zinco. Ambos os elementos são abundantes na Terra, e o óxido de zinco é conhecido como ingrediente nos protetores solares. Na solução, o cabo gera uma reação química, gerando pedaços de óxido de zinco. Todo o sistema junto, uma nanoárvore pode ter de alguns nanômetros até alguns micrometros.
Mais de um milhão de nanoárvores formam uma célula fotoeletroquímica de um centímetro quadrado, ou FEQ. O conjunto de árvores é então colocado em outra solução e exposto à luz. O nanocabo de silício absorve a maior parte da luz, que transfere elétrons através do óxido de zinco para a água ao redor. Essa reação gera bolhas de gás hidrogênio na solução.
No momento, os cientistas não têm uma maneira eficiente de coletar o hidrogênio. Mas eles pensam em construir uma célula especial com dois compartimentos – de um lado um cátodo, e do outro um ânodo – que seriam usados para coletar o gás.
O químico Yat Li é especialista no uso de nanocabos para aplicações de conversão de energia e armazenamento. Ele comenta que a nova estrutura é uma grande ideia, em um campo complicado.
“Esse tipo de estrutura pode aumentar a absorção de luz e gerar uma área maior de transferência”, comenta. “O trabalho realmente imita o sistema das árvores”.
As tecnologias convencionais para quebrar moléculas de água são muito caras. Wang e Sun acreditam que o método é 100 vezes mais barato do que os sistemas comuns. Mas o que eles salvam em dinheiro, perdem em eficiência. De acordo com Wang, seu sistema tem uma geração de apenas 3% de hidrogênio, enquanto o recorde mundial é de 12,8%.
Mesmo que os engenheiros melhorem a eficiência, outros desafios vão aparecer – principalmente a corrosão. Os cientistas desse meio têm um grande desafio, que é quebrar a água de maneira limpa. Como todas as reações acontecem na solução, os componentes tecnológicos precisam resistir à corrosão.
No momento, a dupla está experimentando outros materiais para a nanoárvore, já que o óxido de zinco tem alguns problemas. Ele absorve apenas a luz ultravioleta, e também não é muito estável. O ideal seria encontrar algo quimicamente mais robusto. [MSN]