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A folha artificial ajuda os pesquisadores a avançar na transformação de fótons em combustível

A folha artificial ajuda os pesquisadores a avançar na transformação de fótons em combustível


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Fora do Instituto de Tecnologia da Califórnia, as plantas e flores esticam suas folhas e afundam suas raízes no solo. Eles estão usando energia para armazenar açúcares e, para eles, a fotossíntese é fácil. Enquanto isso, dentro do laboratório Caltech Jorgensen, mais de 80 pesquisadores estão colocando um grande esforço em uma folha artificial e fazendo o que as folhas das plantas fazem com tanta facilidade. Eles estão fazendo isso usando níquel, ferro, silício e muitos outros materiais que você normalmente associa ao uso em telefones celulares do que em células vegetais.

[Fonte da imagem:Viktor Koen]

Os laboratórios abrigam o Joint Center for Artificial Photosynthesis. Este é um programa de pesquisa com envolvimento de mais de 190 pessoas, que conta com financiamento da ordem de US $ 116 milhões durante um período de cinco anos do Departamento de Energia dos EUA. O objetivo do centro e dos pesquisadores é aproveitar a luz solar e fazer o hidrogênio junto com outros combustíveis com muito mais eficiência, já que as folhas da natureza produzem biomassa.

Os pesquisadores estão realizando esse objetivo com senso de urgência. Por aí 13% das emissões Em todo o mundo, os gases de efeito estufa vêm por meio de transporte. Um dos principais objetivos, portanto, é eliminar gradualmente os combustíveis poluentes. Uma maneira de fazer isso seria substituir caminhões leves e carros por veículos movidos a eletricidade proveniente de células eólicas ou solares. No entanto, isso não seria suficiente para resolver todo o problema. O diretor científico do JCAPs e químico inorgânico da Caltech University, Nathan Lewis, disse que cerca de 40% do transporte do mundo não poderia ser feito para funcionar com eletricidade. Principalmente devido ao fato de que alguns veículos, como aviões, não poderiam ser plugados, pois não seriam capazes de armazenar a quantidade de baterias necessária.

Devido a isso, agências de financiamento de todo o mundo estão usando muitos recursos para tentar fazer combustível a partir da energia do sol. Este tipo de energia não vai acabar e é livre de carbono, que são bônus. O JCAP se comprometeu a entregar um protótipo que funcione como uma folha artificial antes que a concessão expire em 2015.

Michael Wasielewski, químico da Northwestern University em Evanston, Illinois, disse: “Se você pudesse sustentar esse tipo de esforço pelos próximos dez anos, é concebível que você pudesse ter uma solução prática.

A fotossíntese artificial não é algo novo, na verdade remonta a 1912, no entanto, os pesquisadores não começaram a empurrar as coisas até o início de 1972. Foram pesquisadores do Japão que delinearam o que seria necessário para que um dispositivo pudesse captar a luz do sol e, em seguida, usá-la de modo a dividir a água em oxigênio junto com o hidrogênio combustível.

Estava dentro 1998 quando um sistema completo apresentava grandes avanços e avanços. Foi quando ele foi capaz de armazenar 12% da energia solar que entrou, como combustível. Isso foi em comparação com o 1% de energia armazenada em folhas reais como biomassa. A desvantagem eram os custos, que eram altos demais para ser competitivo. Junto com isso, foi dito que o desempenho caiu após o sol de 20 horas.

Lewis destacou que, para uma folha artificial ter sucesso, três coisas eram necessárias. “Você quer que seja eficiente, barato e robusto. Posso dar-lhe dois hoje, mas não o terceiro ao mesmo tempo.”

O objetivo do JCAP era superar esse problema e, junto com isso, criar um sistema muito mais barato do que dividir água com eletricidade usando painéis solares. A resposta deles foram dois eletrodos que eles imergiram em uma solução aquosa. Cada um desses eletrodos possui um material semicondutor que foi escolhido para capturar a luz de uma parte do espectro solar, além de ser revestido com catalisador para ajudar na geração de oxigênio ou hidrogênio em velocidades que fossem úteis. Assim como acontece com qualquer dispositivo de fotossíntese artificial, o sistema que surgiu JCAP foi dividido por uma membrana para garantir que os gases resultantes sejam mantidos separados e não se tornem um risco de causar uma reação explosiva.

Lewis explicou que fazer qualquer um dos componentes da folha artificial funcionar tem sido um grande desafio. Ele disse "Isso é exatamente como construir um aviãoVocê não tem que ter apenas um motor, você tem que ter um design com asas e a fuselagem e o motor e os aviônicos - e o avião, no final, tem que voar.”

Ser capaz de encontrar os materiais corretos foi uma das coisas mais difíceis que eles tiveram que fazer. O laboratório de Experimentação de alto rendimento do JCAP recebeu a tarefa de resolver problemas com materiais. Eles modificaram as impressoras a jato de tinta para enviar ligas para placas de vidro, que então testam como fotossensibilizadores e catalisadores. As impressoras modificadas são capazes de produzir até um milhão manchas por dia.

Lewis disse que “A maior fonte de energia que temos, de longe, é o sol.A melhor maneira de armazenar energia que não seja no núcleo de um átomo é em combustíveis químicos. É inevitável que alguém pegue a maior fonte e a armazene da maneira mais densa.”


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