Cientistas fazem projeto energia solar - Alterima - Geradores de energia elétrica
Cientistas fazem projeto energia solar
Estrutura do complexo de captura de energia da luz solar, mostrando a organização das moléculas que capturam e transmitem a energia com eficiência extraordinária.[Imagem: Greg Scholes
Circuitos moleculares
A energia solar pode ser capturada de forma eficiente, e transportada por longas distâncias, usando minúsculos circuitos moleculares.
É o que propõe o Dr. Gregory Scholes e seus colegas da Universidade de Toronto, no Canadá.
A equipe descobriu como projetar esses circuitos moleculares, que são 10 vezes menores do que os mais finos fios existentes no interior dos processadores de computador.
A ideia não é nova, mas é radicalmente promissora: imitar a fotossíntese das plantas, criando uma fotossíntese artificial com potencial para ser a fonte definitiva de energia limpa.
O trabalho de vários grupos ao redor do mundo no campo da fotossíntese artificial tem gerado conhecimentos novos na forma como as plantas, algas e bactérias usam a mecânica quântica para otimizar a captura de energia do Sol.
Agora os cientistas juntaram o quebra-cabeças desse conhecimento, mapeando as diversas estruturas moleculares e suas funções - um passo essencial para a sua reprodução de forma artificial, criando "células solares biomiméticas".
Nas plantas, a luz do Sol é capturada por uma espécie de "antena" biológica, formada por moléculas "coloridas" - corantes ou pigmentos - que direcionam a energia para proteínas especiais, que a utilizam para produzir oxigênio e açúcares.
É isto o que os cientistas estão tentando imitar.
"A produção de combustível solar normalmente começa com a energia da luz sendo absorvida por uma estrutura de moléculas. A energia é armazenada por um breve momento na forma de elétrons em vibração, sendo então transferida para um reator adequado," explica o professor Scholes, citando um esquema artificial.
O grande gargalo está na velocidade com que as moléculas-antena das plantas mantêm a energia - apenas alguns bilionésimos de segundo. Se a energia não for transferida rapidamente, ela pode fritar as estruturas biológicas, matando a planta.
O segredo está nas propriedades quânticas dessas antenas, que são feitas de apenas algumas dezenas de pigmentos.
Foi neste conhecimento que os pesquisadores conseguiram avançar, idealizando meios para replicar o processo de forma artificial usando simulações computadorizadas.
É a primeira vez que os cientistas conseguem descrever com tantos detalhes as funções de cada um dos elementos fotossintéticos das plantas e algas. [Imagem: Scholes et al./Nature Chemistry]
Receita de fotossíntese artificial
Segundo eles, serão necessários quatro elementos básicos para garantir a captura e a distribuição da energia solar com as antenas nanoscópicas.
O primeiro é mais óbvio é o desenvolvimento dos componentes básicos da antena, que devem ser moléculas com alta capacidade de absorção de energia. Esses fotoabsorvedores deverão ser bem distribuídos para aumentar a probabilidade de conversão dos fótons em elétrons em toda a antena.
O segundo elemento é um adequado agrupamento das moléculas absorvedoras de luz, de forma que elas possam: a) absorver diferentes comprimentos de onda; b) criar gradientes de energia para que a energia flua sempre em um determinado sentido; e c) explorar várias rotas para a transferência da energia captada, explorando o fenômeno da coerência quântica.
O quarto e último elemento é que a transferência de energia não deve ser tão rápida quanto possível, mas tão rápida quanto necessário. Isto significa a necessidade da incorporação de mecanismos regulatórios nas próprias antenas, por exemplo, "peles" que sejam capazes de dissipar qualquer excesso danoso de energia.