Com o aumento da demanda global de limpeza e energia sustentável, os cientistas estão se inspirando no processo de fotossíntese. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Rochester está iniciando um projeto revolucionário que usa bactérias para passar os elétrons para fotocatalisadores de semicondutores de nano -cristal, simulando artificialmente efeitos fotossintéticos. Ele visa projetar métodos inovadores e ambientalmente amigáveis para criar fugas de hidrogênio limpas.

Pesquisadores da Universidade de Rochester usam nano -cristais semicondutores como absorvedores e catalisadores de luzes e usam bactérias para fornecer elétrons ao sistema para simular a fotossíntese. O sistema não está imerso na água e é impulsionado pela luz. A interação bacteriana (semelhante a bastão) com catalisadores de nanopartículas (pontos de laranja) geram hidrogênio (H2, bolha). Fonte da imagem: /Michael Osadciw

Em uma pesquisa recentemente publicada na Academia Nacional de Ciências, Kara Bren, professora de química em Richard S. Eisenberg na Universidade de Rochester, revelou que as bactérias Shewanellla Oneidensis podem ser usadas como uma fonte eletrônica econômica e eficiente de seu sistema de combinação óptica artificial.

Usando as propriedades e nanomateriais exclusivos desses microorganismos, o sistema pode substituir o método de extrair hidrogênio de combustíveis fósseis, alterando completamente o método de produção de combustível de hidrogênio e liberação de poderosas fontes de energia renovável.

Bren disse: "O hidrogênio é sem dúvida um combustível que atualmente se preocupa muito com o Ministério da Energia. Se conseguirmos encontrar um método de extrair hidrogênio da água, isso trará um incrível crescimento de energia limpa".

Combustível ideal

O hidrogênio é "um combustível ideal" porque é amigável para o meio ambiente e é uma alternativa livre de carbono ao combustível fóssil.

O hidrogênio é o elemento mais rico do universo, que pode ser produzido a partir de uma variedade de fontes, incluindo água, gás natural e biomassa. Os combustíveis fósseis produzem gases de efeito estufa e outros poluentes, enquanto os combustíveis de hidrogênio e fósseis são diferentes. O único por -produto quando a queima é o vapor de água. O combustível de hidrogênio também possui alta densidade de energia, o que significa que seu peso unitário contém muita energia. O combustível de hidrogênio pode ser usado para uma variedade de usos, como células de combustível, que podem ser produzidas em produção em pequena escala ou em grande escala. Portanto, é viável do uso doméstico até a fabricação industrial.

Desafio usando hidrogênio

Embora as reservas de hidrogênio sejam ricas, quase não existe hidrogênio puro na Terra; o hidrogênio é quase combinado com outros elementos como carbono ou oxigênio em compostos de carbono ou oxigênico e compostos de água. Para usar o hidrogênio como combustível, ele deve ser extraído desses compostos.

Os cientistas sempre extraem hidrogênio de combustíveis fósseis ou extraíram recentemente hidrogênio da água. Para alcançar o último, as pessoas promovem vigorosamente o uso da fotossíntese artificial.

No processo de fotossíntese natural, a planta absorve o sol e usa o sol para fazer uma reação química para converter dióxido de carbono e água em glicose e oxigênio. Em essência, a energia luminosa é transformada em energia química para fornecer combustível para os organismos.

Da mesma forma, a fotossíntese artificial é o processo de transformar matérias -primas ricas e luz solar em combustível químico. O sistema que simula a fotossíntese requer três componentes: absorvedores de luzes, catalisadores e fontes eletrônicas para fazer combustível. Esses sistemas geralmente estão imersos em água e a fonte de luz fornece energia para os absorvedores de luz. A energia permite que o catalisador combine os elétrons fornecidos com a água circundante para produzir hidrogênio. No entanto, atualmente, a maioria dos sistemas depende de combustíveis fósseis no processo de produção, ou não há um método eficaz de transferência eletrônica.

Bren disse: "Atualmente, o método de produzir combustíveis de hidrogênio na verdade o torna um combustível fóssil". Esperamos obter hidrogênio da água através da resposta do acionamento óptico, para que possamos obter combustíveis de limpeza reais e combustíveis fósseis não serão usados nesse processo. "

A equipe de pesquisa de Krauss e a equipe de pesquisa de Bren há cerca de dez anos estão comprometidos em desenvolver um sistema eficiente que usa fotossíntese artificial e usa nano cristais semicondutores como agentes e catalisadores de absorção de luz.

Um desafio enfrentado pelos pesquisadores é encontrar a fonte eletrônica e transferir efetivamente os elétrons do doador eletrônico para o Nanocrystone. Outros sistemas usam ácido ascórbico (comumente conhecido como vitamina C) para enviar elétrons de volta ao sistema. Embora a vitamina C pareça barata ", exige uma fonte eletrônica quase gratuita, caso contrário, o sistema é muito caro", disse Krauss.

Kraus e Bren relataram um suprimento eletrônico improvável no artigo: bactérias. Eles descobriram que Shewanella Oneidesis (uma bactéria coletada no Lake Oneida, norte de Nova York) forneceu ao sistema um método de suprimento eletrônico livre e eficiente eficaz.

Bren disse: "Embora outros laboratórios tenham nano -estruturas combinadas com bactérias, todas essas tarefas são obtidas de nano cristais e as entram em bactérias e, em seguida, usavam máquinas bacterianas para preparar combustível. Até onde sabemos, somos o primeiro caso de fonte eletrônica para catalisadores de nano -cristalina".

Quando as bactérias crescem sob condições anaeróbicas, as substâncias das células respiratórias são usadas como combustível sob condições de oxigênio e os elétrons são liberados no processo. Shewanella oneidensis pode usar eletrônicos gerados pelo metabolismo dentro dele e doá -lo ao catalisador externo.

Combustível futuro

Brun prevê que toda família possa ter grandes barris e tanques subterrâneos de armazenamento de hidrogênio no futuro, usando a produção de energia solar e armazenamento pequeno lote de hidrogênio para permitir que as pessoas forneçam energia para famílias e carros com combustíveis baratos e limpos. Bren apontou que atualmente existem trens, ônibus e carros para usar células de combustível de hidrogênio, mas quase todo o hidrogênio que fornece energia para esses sistemas vem de combustível fóssil.

Ela disse: "Novas tecnologias foram lançadas, mas sem usar combustíveis fósseis, o hidrogênio não ajudou o meio ambiente antes que a água seja gerada pela reação do acionamento de luz da água".