Pesquisadores usaram a luz do sol para converter dióxido de carbono e vapor de água em uma série de combustíveis, e de maneira mais rápida do que em qualquer experiência passada, graças ao uso de nanotubos como catalisadores.
Craig Grimes e seus colegas do departamento de ciência de materiais da Universidade Estadual da Pensilvânia usaram nanotubos ocos de titânia (dióxido de titânio), com cerca de 135 nanômetros de diâmetro e comprimento de um décimo de milímetro, como catalisadores na reação.
Outros cientistas já haviam utilizado nanopartículas de titânia para acelerar esse processo em experiências passadas, mas Grimes e sua equipe conseguiram gerar diversas formas de hidrocarbonetos cerca de 20 vezes mais rápido do que os resultados obtidos em experiências anteriores, graças ao uso inteligente de algumas leis da química.
Os pesquisadores acrescentaram um pouco de nitrogênio aos seus nanotubos, e carregaram nanopartículas de cobre e platina nas superfícies. Sozinho, o material conhecido como titânia funciona melhor como catalisador dessas reações sob luz ultravioleta.
Mas com o acréscimo de nitrogênio e cobre à mistura, os tubos de titânia passam a preferir a luz no espectro visível, de acordo com Grimes. E as nanopartículas de cobre e de platina são acrescentadas porque os cientistas supõem que elas acelerem os estágios posteriores da reação.
A reação mesma acontece no interior dos nanotubos, que são ocos e têm uma grande área superficial interna graças às suas paredes ultrafinas, de apenas 20 nanômetros.
Reação em cadeia
Os pesquisadores encheram tubos de aço com dióxido de carbono e vapor de água, cobriram o extremo das câmaras com uma película dos nanotubos que criaram e tamparam os recipientes com uma janela de quartzo, para permitir a entrada da luz. As câmaras fechadas foram em seguida montadas em áreas externas dos edifícios do campus, em dias ensolarados do período julho-setembro de 2008.
Quando a luz incide sobre os nanotubos, eles liberam partículas energéticas portadoras de carga elétrica, que dividem as moléculas de água que existem dentro dos recipientes em dois componentes reativos -radicais de hidróxidos e íons de hidrogênio.
Os pesquisadores ainda não compreenderam exatamente o que acontece ao longo da etapa seguinte do processo, mas acreditam que o dióxido de carbono se divida para formar oxigênio e monóxido de carbono, os quais por sua vez reagem em contato com o hidrogênio em forma gasosa e formam metano e água.
Os aparelhos são capazes de produzir cerca de 160 microlitros de hidrocarbonetos por hora, por grama de nanotubos de titânia empregados, o que representa rendimento pelo menos 20 vezes mais alto do que o registrado em estudos anteriores realizados com o uso de radiação ultravioleta para precipitar a reação. As descobertas da equipe foram publicadas em artigo da revista Nano Letters.
O fisioquímico Michael Gratzel, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, afirma que os resultados "são um trabalho fundamental que demonstra que os nanotubos podem oferecer maior eficiência de conversão do que as abordagens adotadas anteriormente".
Ele aponta que a eficiência do catalisador continua a ser bastante baixa, mas se declara muito otimista quanto à possibilidade de elevá-la, com esforços posteriores de pesquisa.
Acompanhe o fluxo
"Trata-se claramente de um trabalho muito inteligente, com uso excelente da ciência", afirma o eletroquímico John Turner, do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos Estados Unidos, em Golden, Colorado. Mas ele acautela que outras soluções para lidar com o dióxido de carbono podem se provar mais viáveis.
Já existem processos comerciais disponíveis que utilizam o dióxido de carbono na produção de uma mistura conhecida como "syngas", que pode posteriormente ser convertida em hidrocarbonetos por meio de um processo contínuo.
Mas com os novos aparelhos que envolvem nanotubos, as câmaras teriam de ser reabastecidas de dióxido de carbono e água, a intervalos regulares, a fim de manter a reação em curso. "Por que alguém quereria tomar um conveniente processo contínuo e torná-lo intermitente ao acoplá-lo à (energia) solar?", ele questiona.
Mas os pesquisadores da Pensilvânia argumentam que seu processo também pode se desenvolver como ciclo contínuo caso o dióxido de carbono e o vapor de água sejam capazes de atravessar a película de nanotubos e o metano combustível recolhido do lado oposto.
Mesmo com os nanotubos atuais, Grimes calcula que um refletor que concentre a luz solar sobre um metro quadrado de película de nanotubos poderia render 500 litros de metano em prazo de oito horas.
No entanto, o pesquisador concorda em que o ritmo de produção continua a ser muito baixo - "até o momento, não criamos nada que possa salvar a humanidade", diz.
Mas espera que depositar as nanopartículas de cobre em padrão mais regular sobre a superfície dos nanotubos, bem como outras melhoras, ajude a aumentar o ritmo de conversão em milhares de vezes.
"Acredito que o método possa se tornar comercialmente praticável com determinadas fontes concentradas de dióxido de carbono, como uma usina de energia acionada a carvão", ele diz.
Tradução: Paulo Migliacci ME
Nature
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