Célula solar produz combustível a partir de CO2 e luz solar

2nd August 2016
Posted By : Enaie Azambuja
Célula solar produz combustível a partir de CO2 e luz solar

Uma célula solar biomimética promete conquistar a maioria dos objetivos do campo da fotossíntese artificial, em que a energia solar é aproveitada por folhas artificiais, que imitam as folhas das plantas. "A nova célula solar não é fotovoltaica, ela é fotossintética," afirma o professor Amin Salehi-Khojin, da Universidade de Illinois de Chicago, nos EUA. Ao invés de capturar fótons do Sol e gerar eletricidade, a célula fotossintética converte o CO2 do ar em combustíveis líquidos.

"Ao invés de produzir energia de forma não sustentável em uma via de mão única, dos combustíveis fósseis aos gases de efeito estufa, nós podemos agora reverter o processo e reciclar o carbono atmosférico em combustível, com o uso da luz solar," observou Khojin.

As reações químicas que transformam o CO2 em formas de carbono que podem ser queimadas como combustível são reações de redução, em oposição à oxidação ou combustão. Os químicos têm explorado diferentes catalisadores para otimizar a redução do CO2.

Khojin e colegas produziram um catalisador a partir de compostos nanoestruturados chamados "metais de transição dicalcogenetos", ou TMDC (transition-metal dichalcogenides). Esses materiais tornaram-se muito pesquisados recentemente devido ao seu uso potencial na eletrônica, onde são mais conhecidos como molibdenita.

Os dicalcogeneto - tais como o disseleneto de tungstênio, utilizado no experimento - foram mesclados com um líquido iônico, produzindo um catalisador extremamente ativo. O protótipo demonstrou ser até mil vezes mais rápido na quebra das ligações químicas do CO2, se comparado aos catalisadores de platina. Além disso, o material poderia custar até vinte vezes menos.

Reações químicas que ocorrem na folha artificial. [Imagem: Mohammad Asadi et al. - 10.1126/science.aaf4767]

A folha artificial é constituída por duas células solares fotovoltaicas de tripla junção, feitas de silício, de 18 cm2, responsáveis por captar a luz solar.

A parte biossintética consiste em um compartimento duplo, controlado por três eletrodos, no qual o líquido iônico funciona como eletrólito. O disseleneto de tungstênio e o líquido iônico atuam em conjunto como catalisadores no lado do cátodo; o óxido de cobalto, juntamente com fosfato de potássio, trabalham no ânodo.

Quando a luz solar equivalente a 100 W/m2 - equivalente à incidência média do Sol na superfície da Terra - ela energiza a célula: os gases hidrogênio e monóxido de carbono borbulham a partir do cátodo, enquanto íons de oxigênio e de hidrogênio livres são produzidos no ânodo. O hidrogênio então se difunde por uma membrana até o cátodo, onde ele participa da reação de redução do CO2.


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