“Folhas artificiais” flutuantes geram combustíveis limpos a partir da luz solar e da água

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Folha Artificial Flutuante Cambridge

Uma folha artificial flutuante – que gera combustível limpo a partir da luz solar e da água – no rio Cam, perto da Capela do King’s College, em Cambridge, Reino Unido. Crédito: Virgil Andrei

Os cientistas desenvolveram ‘folhas artificiais’ flutuantes que geram combustíveis limpos a partir da luz solar e da água. Eles poderiam eventualmente operar em grande escala no mar.

Os dispositivos ultrafinos e flexíveis, inspirados nos[{” attribute=””>photosynthesis – the process by which plants convert sunlight into food – were designed by researchers from the University of Cambridge. Since the low-cost, autonomous devices are light enough to float, they could be used to generate a sustainable alternative to gasoline without taking up space on land.

Outdoor tests of the lightweight leaves on the River Cam showed that they can convert sunlight into fuels as efficiently as plant leaves. River Cam is the main river flowing through Cambridge in eastern England, and the testing occurred near iconic Cambridge sites including the Bridge of Sighs, the Wren Library, and King’s College Chapel.


Pesquisadores da Universidade de Cambridge projetaram dispositivos ultrafinos e flexíveis, que se inspiram na fotossíntese – o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em alimento. Como os dispositivos autônomos de baixo custo são leves o suficiente para flutuar, eles podem ser usados ​​para gerar uma alternativa sustentável à gasolina sem ocupar espaço em terra. Crédito: Virgil Andrei

Esta é a primeira vez que um combustível limpo é gerado na água. Se fosse ampliada, as folhas artificiais poderiam ser usadas em cursos d’água poluídos, em portos ou mesmo no mar, e poderiam ajudar a reduzir a dependência da indústria naval global de combustíveis fósseis. Os resultados são divulgados hoje (17 de agosto de 2022) na revista Natureza.

As tecnologias de energia renovável, como a eólica e a solar, tornaram-se significativamente mais baratas e mais disponíveis nos últimos anos. No entanto, para setores como o transporte, a descarbonização é uma tarefa muito mais difícil. Por aí 80% do comércio mundial é transportado por navios cargueiros movidos a combustíveis fósseis, mas o setor tem recebido notavelmente pouca atenção nas discussões relacionadas à crise climática.

Folha Artificial em Laboratório

Pesquisadores da Universidade de Cambridge projetaram dispositivos ultrafinos e flexíveis, inspirados na fotossíntese – o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em alimento. Como os dispositivos autônomos de baixo custo são leves o suficiente para flutuar, eles podem ser usados ​​para gerar uma alternativa sustentável à gasolina sem ocupar espaço em terra. Crédito: Virgil Andrei

Por vários anos, o grupo de pesquisa do professor Erwin Reisner em Cambridge vem trabalhando para resolver esse problema desenvolvendo soluções sustentáveis ​​para a gasolina baseadas nos princípios da fotossíntese. Em 2019, eles desenvolveram um folha artificial, que produz gás de síntese a partir da luz solar, dióxido de carbono e água. Syngas é um intermediário chave na produção de muitos produtos químicos e farmacêuticos.

O protótipo anterior produzia combustível combinando dois absorvedores de luz com catalisadores adequados. No entanto, incorporou substratos de vidro espessos e revestimentos protetores de umidade, o que tornou o dispositivo volumoso.

“As folhas artificiais podem reduzir substancialmente o custo da produção sustentável de combustível, mas como são pesadas e frágeis, são difíceis de produzir em escala e transporte”, disse o Dr. Virgil Andrei, do Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, responsável pelo estudo. coautor principal.

“Queríamos ver até onde podemos reduzir os materiais que esses dispositivos usam, sem afetar seu desempenho”, disse Reisner, que liderou a pesquisa. “Se pudermos cortar os materiais o suficiente para que sejam leves o suficiente para flutuar, isso abre novas maneiras de usar essas folhas artificiais.”

Folha Artificial Flutuante

Uma folha artificial flutuante – que gera combustível limpo a partir da luz solar e da água – no rio Cam, perto da Ponte dos Suspiros, em Cambridge, Reino Unido. Crédito: Virgil Andrei

Para a nova versão da folha artificial, os cientistas se inspiraram na indústria eletrônica. As técnicas de miniaturização levaram à criação de smartphones e telas flexíveis, revolucionando o campo.

O desafio para a equipe de pesquisa de Cambridge era como depositar absorvedores de luz em substratos leves e protegê-los contra a infiltração de água. Para superar esses desafios, os pesquisadores usaram óxidos de metal de película fina e materiais conhecidos como perovskitas, que podem ser revestidos em plástico flexível e folhas de metal. Os dispositivos foram cobertos com camadas à base de carbono repelentes à água, finas em micrômetros, que impediram a degradação da umidade. O resultado foi um dispositivo que não apenas funciona, mas também parece uma folha real.

“Este estudo demonstra que as folhas artificiais são compatíveis com as técnicas modernas de fabricação, representando um passo inicial para a automação e ampliação da produção de combustível solar”, disse Andrei. “Essas folhas combinam as vantagens da maioria das tecnologias de combustível solar, pois atingem o baixo peso das suspensões em pó e o alto desempenho dos sistemas com fio.”

Testes das novas folhas artificiais demonstraram que elas podem dividir a água em hidrogênio e oxigênio, ou reduzir o CO2 ao syngas. Embora melhorias adicionais precisem ser feitas antes de estarem prontos para aplicações comerciais, os cientistas dizem que esse desenvolvimento abre novos caminhos em seu trabalho.

“As fazendas solares tornaram-se populares para a produção de eletricidade; prevemos fazendas semelhantes para síntese de combustível”, disse Andrei. “Eles podem abastecer assentamentos costeiros, ilhas remotas, cobrir lagoas industriais ou evitar a evaporação da água dos canais de irrigação.”

“Muitas tecnologias de energia renovável, incluindo tecnologias de combustível solar, podem ocupar grandes quantidades de espaço em terra, portanto, mover a produção para águas abertas significaria que a energia limpa e o uso da terra não estão competindo entre si”, disse Reisner. “Em teoria, você poderia enrolar esses dispositivos e colocá-los em quase qualquer lugar, em quase qualquer país, o que também ajudaria na segurança energética.”

Referência: “Dispositivos flutuantes de perovskita-BiVO4 para produção de combustível solar escalável” 17 de agosto de 2022, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-022-04978-6

A pesquisa foi apoiada em parte pelo Conselho Europeu de Pesquisa, o Cambridge Trust, o Programa Winton para a Física da Sustentabilidade, a Academia Real de Engenharia e o Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido ( UKRI). Virgil Andrei e Erwin Reisner são Fellows do St John’s College, Cambridge.





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