Segundo estudo, fotoss�ntese de algas gera energia el�trica

A depend�ncia de combust�veis f�sseis para gera��o de energia � o principal causador das emiss�es de gases de efeito estufa na atmosfera. Enquanto na COP26, a confer�ncia do clima da ONU, formuladores de pol�ticas p�blicas buscam solu��es para a descarboniza��o do mundo, nos laborat�rios, cientistas est�o atr�s de tecnologias que tornem poss�vel essa transi��o. Para isso, processos naturais como a fotoss�ntese t�m sido uma importante fonte de inspira��o.

Em Cingapura, cientistas da Universidade Tecnol�gica de Nanyang (NTU) apostam nas microalgas para reduzir a necessidade do uso de combust�veis f�sseis. Em um estudo recente, publicado na revista ACS Applied Materials Interfaces, os pesquisadores demonstraram como o encapsulamento de uma prote�na desses organismos pode aumentar em at� tr�s vezes as propriedades de coleta de luz e convers�o de energia, produzida durante a fotoss�ntese.

De acordo com Chen Yu-Cheng, professor da Escola de Engenharia El�trica e Eletr�nica da NTU e principal autor do estudo, ao imitar como as plantas e outros organismos convertem a luz solar em energia, a fotoss�ntese artificial pode ser uma forma sustent�vel de gerar eletricidade que n�o depende de combust�veis f�sseis ou g�s natural, recursos n�o renov�veis. Ele explica, por�m, que um dos desafios desse processo � obter energia com a mesma efici�ncia de outras fontes movidas pelo calor do Sol, como os pain�is solares. Em m�dia, esses �ltimos t�m uma classifica��o de efici�ncia de 15% a 20%, enquanto a da fotoss�ntese artificial � atualmente estimada em 4,5%.

"A fotoss�ntese artificial n�o � t�o eficiente quanto as c�lulas solares na gera��o de eletricidade. No entanto, � mais renov�vel e sustent�vel", destaca o aluno de doutorado Yuan Zhiyi, que faz parte da equipe de pesquisa. "Uma nova tecnologia bioinspirada baseada no processo natural das microalgas poderia ser usada para fazer c�lulas solares mais eficientes e abrir caminho para uma maior efici�ncia na fotoss�ntese artificial. Usar algas como fonte de energia biol�gica � um tema popular de interesse em sustentabilidade e energia renov�vel, pois o uso delas potencialmente reduz a quantidade de subprodutos t�xicos criados na fabrica��o de pain�is solares", destaca.

O estudo analisou um tipo espec�fico de prote�na encontrada nas algas vermelhas. Chamadas de ficobiliprote�nas, elas s�o respons�veis por absorver luz dentro desses organismos para iniciar a fotoss�ntese. Essas prote�nas coletam energia luminosa de toda a faixa espectral de comprimentos de onda de luz, incluindo aqueles que as clorofilas absorvem mal, e a convertem em eletricidade. "Devido �s suas propriedades fotossint�ticas e emissoras de luz �nicas, as ficobiliprote�nas t�m aplica��es potenciais promissoras em biotecnologia e dispositivos de estado s�lido. Aumentar a energia do aparelho de coleta de luz tem estado no centro dos esfor�os de desenvolvimento para dispositivos org�nicos que usam luz como fonte de energia", diz Cheng.

Para amplificar a quantidade de energia que as algas podem gerar, a equipe desenvolveu um m�todo para envolver as algas vermelhas em pequenas microgotas de cristal l�quido com tamanho de 20 a 40 m�crons e exp�-las ao Sol. Quando a luz atinge a gota, ocorre um efeito pelo qual as ondas luminosas viajam ao redor das bordas curvas da got�cula. A luz fica efetivamente presa nessa c�psula por um longo per�odo de tempo, proporcionando mais oportunidades para que a fotoss�ntese ocorra e, portanto, gerando mais energia.

A energia gerada durante a fotoss�ntese na forma de el�trons livres pode, ent�o, ser capturada por eletrodos como uma corrente el�trica. "A gota se comporta como um ressonador que confina muita luz", diz Chen. "Isso d� �s algas mais tempo de exposi��o � luz, aumentando a taxa de fotoss�ntese. Um resultado semelhante pode ser obtido revestindo a parte externa da gota com a prote�na de algas tamb�m. Ao explorar as microgot�culas como um transportador para biomateriais de coleta de luz, o forte aumento do campo el�trico local e o confinamento de f�tons dentro da gota resultaram em uma gera��o de eletricidade significativamente maior", afirma.

As gotas podem ser facilmente produzidas a granel a baixo custo, tornando o m�todo da equipe de pesquisa amplamente aplic�vel, destacam os pesquisadores. A maioria das c�lulas solares baseadas em algas produzem uma energia el�trica de 20 a 30 microwatts por cent�metro quadrado. A combina��o de algas-got�culas NTU aumentou esse n�vel de gera��o de energia em pelo menos duas a tr�s vezes, em compara��o com o processo natural.

Chen prev� a cria��o de "fazendas de algas", onde esses micro-organismos em crescimento poderiam eventualmente ser combinados com gotas maiores de cristal l�quido para criar geradores de energia flutuantes. "As microgotas usadas em nossos experimentos t�m o potencial de ser ampliadas para gotas maiores, que podem ent�o ser aplicadas a algas fora de um ambiente de laborat�rio para criar energia. Embora alguns possam considerar o ac�mulo de algas algo esteticamente feio, elas desempenham um papel muito importante no meio ambiente. Nossas descobertas mostram que existe uma maneira de converter o que alguns podem ver como 'biolixo' em bioenergia", conclui Chen.