Sobre diferentes abordagens de fotossíntese artificial; soluções comerciais flexíveis para gadgets eletrónicos; e incentivos europeus para combustíveis de fonte solar
Tanto para a fotossíntese natural como para a artificial, são necessárias as mesmas três ações fundamentais para converter a energia solar num combustível:
(i) Colheita de luz,
(ii) Separação de carga
(iii) catálise redox
(…) Qualquer sistema criado pelo homem que execute as três ações fundamentais da fotossíntese pode ser considerado um dispositivo de fotossíntese artificial. Três tipo de dispositivos proeminentes neste âmbito são: são a eletrocatálise fotovoltaica; os fotocatalisadores semicondutores particulados (PSP); e as células fotoeletroquímicas (PEC).As células solares sensibilizadas por corante (DSSC) são células solares baseadas em componentes moleculares.
Eletrocatálise fotovoltaica:
A estratégia mais fácil e pronta a implementar para gerar combustível solar é acoplar células fotovoltaicas (PV) que geram energia elétrica a eletrolisadores. [15] As eficiências de conversão de energia solar em hidrogénio (STH) alcançadas são de cerca de 10-15%, com a eficiência recorde reportada em 2016 situando-se em 30%. [16] Estes dispositivos sofrem de elevados custos de material e de produção, ao mesmo tempo que utilizam materiais escassos.
Células fotoeletroquímicas (PEC):
Um artigo seminal de Fujishima e Honda publicado em 1972 mostrou que um elétrodo de TiO2 submerso numa solução aquosa era capaz de romper a molécula de água sob iluminação solar. [17] Este resultado forneceu um incentivo para desenvolver ainda mais fotocatalisadores baseados em semicondutores para romper a molécula de água. [18] Tal dispositivo sem fios é exemplificado pela famosa folha artificial de Nocera. [19] Em todos estes dispositivos sem membrana, o hidrogénio e o oxigénio são formados como uma mistura, com problemas de segurança e separação associados.
Células solares sensibilizadas por corante (DSSC)
As DSSC são células solares baseadas em componentes moleculares inventadas por Grätzel e O’Regan.[20] As DSSC também geram eletricidade como a energia fotovoltaica à base de silício, e a natureza molecular permite oportunidades de design supramolecular. Um DSSC consiste numa lâmina de vidro condutora (FTO) com nanopartículas semicondutoras (por exemplo, TiO2 para tipo n ou NiO para tipo p) depositadas na superfície. [21] Os corantes são fixados à superfície do semicondutor e os dois elétrodos são ligados através de um eletrólito que contém um mediador redox e um fio condutor. Após a excitação do corante, ocorre a injeção de eletrões (ou buracos) no semicondutor, e o mediador redox transporta eletrões de um elétrodo para outro, levando à fotocorrente.
A empresa sueca EXEGER e soluções flexíveis de fotossíntese artificial para gadgets eletrónicos:
A empresa sueca Exeger inventou e fabrica células solares que impulsionam novas possibilidades para produtos movidos a luz.
As suas células solares, denominadas Powerfoyle™, transformam qualquer tipo de luz – interior ou exterior – em energia elétrica. O Powerfoyle tem um design exclusivamente flexível e personalizável para uma integração perfeita em produtos sustentáveis e atraentes.
A proposta é de parar de realizar carregamentos de energia, de trocar a bateria ou procurar cabos de carregamento. Em vez disso, os dispositivos podem dispensar manutenção, carregando continuamente utilizando a luz ambiente.
O Powerfoyle é personalizável e pode ser produzido no tamanho, formato, texturas e impressão gráfica pretendido por cada cliente. (…) É também flexível e durável, para produtos sustentáveis e duradouros.
Neste vídeo produzido pela CNN, é feita uma visita à fábrica da EXEGER.
A União Europeia promoveu em 2022 um concurso por soluções de fotossíntese artificial que permitam produzir combustíveis:
A 5 de dezembro de 2022, a Comissão Europeia revelou o vencedor do Prémio Horizonte do CEI «Fuel from the Sun: Fotossíntese artificial». A fotossíntese artificial combina a luz solar, a água e o carbono do ar para captar e armazenar a energia solar numa forma eficiente e transportável. O prémio promove novas tecnologias de conversão solar direta que forneçam combustíveis sustentáveis como alternativa à energia fóssil.
O vencedor do prémio de 5 milhões de euros foi a Universidade de Tóquio, em cooperação com a INPEX Corporation (Japão). A sua equipa desenvolveu um protótipo totalmente funcional de um sistema artificial de produção de combustível fotossintético. Durante um teste de 72 horas, o seu dispositivo foi capaz de produzir gás metano renovável, que, por sua vez, alimentava um motor. Os outros dois finalistas são o Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), França, e a Universidade de Cambridge, Reino Unido.
Das 22 candidaturas apresentadas a este concurso, três equipas foram selecionadas como finalistas e convidadas a demonstrar a sua solução durante um ensaio de três dias nas instalações do Centro Comum de Investigação da Comissão em Ispra, Itália, em julho de 2022.
