Novos combustíveis da fotossíntese artificial em bolhas de sabão

Você pode criar novos combustíveis com emissão zero usando os mesmos processos implementados pela natureza? Sim, de acordo com os investigadores da Universidade de Uppsala que lideram o projeto de investigação SoFiA (fotossíntese artificial de filme de sabão), da qual também participam a Universidade de Leiden, a Universidade de Amsterdã, a Universidade Politécnica de Turim e vários institutos de pesquisa internacionais.

O objetivo do projeto, que em 2019 recebeu um financiamento de 3,2 milhões de euros da Comissão Europeia, é transformar CO2 em combustível e matérias-primas para a indústria, imitando a membrana tilacóide das folhas, onde ocorre a fase leve da fotossíntese.

Hoje os objetivos do projeto SoFiA parecem mais próximos: a última contribuição importante vem dos pesquisadores de Politécnico de Turim, que em um estudo recém-publicado demonstraram pela primeira vez a possibilidade de usar i filme de sabão como membranas reativas, abrindo caminho para a produção de combustíveis solares a partir de CO2.

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Como projetar uma bolha de sabão: o estudo italiano

O novo estudo de Politécnico de Turim, acaba de ser publicado em “Cartas de revisão física” por uma equipe de pesquisadores coordenada pelo professor Eliodoro Chiavazzo, demonstra como criar dissimetrias em filmes de novela, ou como projetar “as finas paredes das tão comuns bolhas de sabão”.

Os filmes de sabão têm uma conformação típica simétrica, semelhante a um sanduíche, na qual duas finas filmes surfactantes contêm um certo volume de água: os investigadores desenvolveram um processo que permite “quebrar” esta simetria, explorando a deposição assimétrica de agentes químicos através de um aerossol nas superfícies do filme.

Este resultado se traduz na possibilidade de utilização de filmes de sabão como membranas reativas (autocura e baixo custo) para diversas aplicações de energia, incluindo i processos fotocatalíticos para a produção de combustíveis solares, como o monóxido de carbono a partir do CO2. Lá fotossíntese natural, na verdade, baseia-se precisamente na assimetria.

"Orgulhamo-nos que o contributo do Politécnico tenha sido decisivo na identificação da técnica de dopagem correta e na formulação da compreensão teórica dos processos subjacentes a esta tecnologia”, explica o professor Eliodoro Chiavazzo.

"Tendo demonstrado isso em filmes de novela”, continua o professor, “tem grande valor não só científico, mas também tecnológico, pois nos proporciona uma plataforma de baixo custo e fácil construção na qual é possível controlar o grau de simetria em escala atomística".

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SoFiA, possível fotossíntese artificial em uma película de sabão

O novo estudo do Politécnico de Turim é a mais recente contribuição importante para um grande projeto de investigação iniciado em 2019 e tornado possível pela colaboração de numerosas universidades e centros de investigação a nível internacional: "Juntamente com um grupo internacional de colegas, temos trabalhado durante anos na utilização de estruturas de película como membranas reativas", Explica ele Lucas Bergamasco, entre os autores do estudo.

A pesquisa faz parte do programa multidisciplinar do Projeto Europeu SoFiA (fotossíntese artificial de filme de sabão), que envolve, entre outros,Universidade de Uppsala, AUniversidade de Leiden e l 'Universidade de Amsterdã.

Na base do projecto, o objectivo ambicioso de imitar a membrana tilacóide das folhas, aquele em que ocorrem os processos da fase leve da fotossíntese, para criar uma "síntese de clorofila" artificial a partir da qual se obtém combustíveis solares.

"A fotossíntese captura a luz solar e usa sua energia para conduzir reações químicas que acumulam substâncias ricas em energia, como carboidratos.", Ele explica Leif Hammarstrom, professor de física química no Laboratório Ångström da Universidade de Uppsala, bem como coordenador do projeto.

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Fotossíntese artificial como alternativa real aos fósseis

A maioria dos combustíveis, como o etanol e o hidrogénio, são agora produzidos a partir de fontes fósseis, explorando o petróleo como matéria-prima. Segundo os cientistas, no entanto, o fotossíntese artificial representa uma alternativa válida, sustentável e eficiente a este processo. Como substituto para derivados de petróleo, eles são usados sol, água, CO2 e uma fina camada de sabão.

Usando uma técnica semelhante à de células solares, a fotossíntese artificial estudada pelo professor Hammarström é capaz de produzir combustível na forma gasosa ou líquida, simulando o que acontece nas plantas, ou seja, transformando a energia do sol em energia química.

A idéia dos cientistas é, portanto, imitar a membrana do tilacóide usando filmes de sabão contendo classes de surfactantes catalisadores moléculas obtidas de materiais muito abundantes na Terra.

"A maior parte da nossa pesquisa gira em torno do trabalho científico básico, onde procuramos compreender os primeiros princípios e desenvolver novos catalisadores e mecanismos.”, explica Hammarström em uma entrevista de 2022, “é sobre acelerar a reação química para que os processos se tornem mais eficientes energeticamente".

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Fotossíntese para combustíveis sustentáveis: além… do sabão

No Departamento de Química de Laboratório Ångström não é apenas o grupo de Leif Hammarström ocupado com bolhas de sabão e surfactantes. Na equipe de pesquisa coordenada por Pia Lindberg, por exemplo, tentamos obter combustíveis não fósseis explorando a fotossíntese natural realizada por cianobactérias geneticamente modificadas.

Normalmente, as cianobactérias usam a fotossíntese para crescer, masEngenharia genética pode “convencê-los” a fazer algo completamente diferente, como produzir butanol.

"A ideia é produzir produtos químicos e combustíveis renováveis ​​a partir do dióxido de carbono na atmosfera usando microorganismos”, explica Lindberg, “usar a fotossíntese diretamente em microrganismos geneticamente modificados, onde podemos controlar o que o microrganismo faz e produz".

A grande vantagem deste método, explica o professor Lindberg, é que “usa dióxido de carbono da atmosfera, o que significa que não precisa de açúcar, mas aproveita ao máximo o processo do próprio corpo".

Os últimos resultados desta linha de pesquisa datam de maio de 2023, quando a equipe de Lindberg publicou um estudo demonstrando que cianobactérias modificadas podem produzir isopreno (A combustível sintético sustentável perfeito para aviação), utilizando energia solar e dióxido de carbono presente no ar.

O ambicioso projecto de produção de combustíveis com zero emissões de CO2, que envolve grupos de pesquisadores de todo o mundo, está cada vez mais perto de ser uma realidade.

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