Folhas artificiais combatem as mudanças climáticas e tornam-se o futuro da energia

O mundo tornou-se habitável para primatas como nós por causa da fotossíntese feita pelas folhas e hoje os cientistas estão trabalhando para fazer sua variante artificial para resolver novamente muitos dos nossos problemas, escreve Satyen K. Bordoloi.

Na era dos dinossauros, a Terra não estava preparada para os humanos. A atmosfera era rica em dióxido de carbono. Mas as árvores e as suas folhas eram enormes. Isso significa que usaram a luz solar, absorveram dióxido de carbono e libertaram oxigénio num processo que chamamos fotossíntese. O oxigénio na atmosfera cresceu – e juntamente com outros factores como o arrefecimento do planeta e a diversidade das plantas – abriu o caminho para o surgimento dos primatas.

O mundo tornou-se assim habitável para os humanos através das árvores e das suas folhas. À medida que o mundo atravessa uma nova crise – uma crise climática provocada pelo homem – os cientistas regressam às folhas para salvar o planeta para nós. A única diferença: desta vez as folhas são artificiais, artificiais e possuem chip. Cientistas de todo o mundo apostam neles para resolver uma série dos nossos problemas actuais, desde as alterações climáticas até à produção de combustível limpo e abundante. Embora o campo ainda não tenha se atualizado, ele tem potencial para mudar o mundo de mais maneiras do que podemos imaginar hoje.

A necessidade humana de energia disparou. No entanto, não podemos queimar mais combustíveis fósseis para os produzir, uma vez que libertam gases com efeito de estufa. Como mostram Chernobyl e Fukushima, a energia nuclear traz consigo os seus próprios perigos inerentes. A tecnologia de folhas artificiais, inspirada na fotossíntese, é uma das tecnologias mais promissoras surgidas nas últimas décadas. A razão é simples: em vez de poluir, absorve dióxido de carbono poluente e liberta oxigénio enquanto produz combustível para as nossas necessidades. Assim, se pudéssemos replicar isso em grande escala, poderíamos não só criar energia verde, mas também despoluir o mundo.

O problema é que a fotossíntese é uma reação química complexa e difícil. Embora as plantas façam com que tudo pareça fácil – graças a milhões de anos de evolução – na verdade envolve um conjunto complexo de processos, incluindo a captura da luz solar e a divisão de moléculas de água para produzir protões que se juntam ao dióxido de carbono atmosférico para produzir energia para o crescimento da planta. Apesar de milhões de anos de prática, as fábricas conseguem, na melhor das hipóteses, apenas 1% de eficiência. Que chance nós, humanos, tínhamos?

Acontece muito. O que os cientistas perceberam é que poderiam misturar três ramos da ciência: química, biologia e TI para produzir uma espécie de versão biónica de uma folha natural a que chamam folha artificial ou folha biónica.

Ao longo dos tempos, os humanos observaram como as plantas espalham suas folhas em direção ao sol para absorver a luz que chega à Terra. Há anos fantasiamos se também poderíamos construir algo que pudesse imitar isso. Embora a tecnologia não existisse quando a ideia chegou aos humanos, na era digital, agora temos os recursos para fazê-lo.

O termo “folha” é um nome impróprio, mas uma luz orientadora. Um nome impróprio porque esses dispositivos são dispositivos digitais com chips e eletrodos. Guia a luz porque seu princípio básico é o mesmo de uma folha, ou seja, a fotossíntese: ter uma grande área de superfície exposta ao sol para captar sua energia, absorver compostos disponíveis no ar para produzir outra coisa.

Os painéis solares também são feitos de chips e operam com a energia solar. Você pode chamar os painéis solares de folhas artificiais? Na verdade não, porque embora o princípio seja semelhante, não é o mesmo. Os painéis solares apenas captam a energia do sol e a convertem em energia elétrica que podemos usar para nossos propósitos. Quando dizemos folha artificial, queremos dizer outra camada de complexidade: a capacidade de também retirar gases e compostos do ar – tal como fazem as folhas – e transformá-los em algo útil para nós.

O primeiro avanço real na criação de uma folha biônica foi alcançado em 2011.

Em 2011, investigadores do MIT liderados pelo professor Daniel Nocera produziram um dispositivo que, tal como as folhas, poderia transformar a energia do sol diretamente em combustível químico. A beleza de sua folha artificial era que ela não precisava de fios ou controles externos para funcionar. Era basicamente uma célula solar de silício com vários materiais catalíticos ligados nos dois lados. Quando colocada na água e exposta à luz solar, a água borbulhava. Eram bolhas de oxigênio de um lado e hidrogênio do outro. Colocadas em um recipiente que poderia formar uma barreira para separar os dois lados, as bolhas poderiam ser coletadas para serem usadas para fazer várias coisas com elas, incluindo gerar energia alimentando-as em uma célula de combustível. Embora este dispositivo pudesse ser usado em uma configuração sem fio, se conectado, sua eficiência de separação de água aumentou de 2,5% para 4,7%. O artigo detalhando o mesmo pode ser lido aqui.