Novas tecnologias prometem reproduzir o que a natureza já faz com perfeição há bilhões de anos: a fotossíntese. Pesquisadores suíços e norte-americanos criaram, em maio deste ano, um reator que imita esse intrincado mecanismo, que permite transformar a radiação solar em combustível líquido. Pelos cálculos da equipe, um reator desses, colocado no telhado de uma casa, poderia produzir cerca de 15 litros de combustível por dia.

Por Marcus Neves Fernandes

O que é fotossíntese?

Os organismos clorofilados (plantas, algas e certas bactérias) fabricam seu próprio alimento. Eles absorvem a luz solar e gás carbônico, que se unem à água e à clorofila. Tudo isso constitui o alimento da planta, um açúcar chamado glicose. Ao mesmo tempo, a planta libera oxigênio pelas folhas. Esse processo é chamado de fotossíntese, sem a qual os animais e muitos outros seres seriam incapazes de sobreviver. A vida na Terra depende da energia do Sol. Os animais não fazem fotossíntese, mas obtêm energia alimentando-se de organismos produtores (fotossintetizantes) ou de consumidores primários. Quando os animais comem plantas, a glicose delas se une ao oxigênio presente no corpo deles. Obtém-se assim, energia. Enquanto isso acontece, forma-se também gás carbônico e água. (Fonte: Ciência Hoje)

O equipamento, ainda um protótipo, é mais um passo rumo ao que os cientistas chamam de fotossíntese artificial.

Diversos cientistas, inclusive no Brasil, lutam há décadas para reproduzir esse milagre da natureza. É uma tarefa difícil, mas que, a cada dia, mostra-se mais e mais promissora. Há de tudo um pouco. Desde a tentativa de se construir em folhas artificiais até o uso de substâncias extraídas de sapos sul-americanos.

Na maioria dos casos, porém, esses protótipos ainda produzem pouca energia e a um custo nada competitivo quando comparado com os combustíveis fósseis existentes hoje (gasolina, gás ou carvão) ou mesmo às fontes alternativas, como as turbinas eólicas e os painéis solares.

Mas o pote de ouro no final desse arco-íris é de um potencial inigualável. As turbinas eólicas, por exemplo, só geram energia quando há ventos. Já as placas fotovoltaicas só convertem a radiação em eletricidade; na maioria dos casos, são estáticas e não geram combustíveis líquidos.

O domínio da fotossíntese artificial, por sua vez, permitiria produzir fluídos energéticos para ser usados em veículos ou indústrias, e possíveis de ser transportados e armazenados. Tudo isso sem os impactos negativos dos propelentes a base de petróleo. “Uma hora de luz solar equivale à totalidade da energia que utilizamos em um ano em todo o mundo. É a maior quantidade de energia disponível. Não há nada que se aproxime disso. É também uma energia que incide sobre praticamente todo o globo”, afirma o pesquisador inglês James Barber.

Considerado um dos maiores especialistas mundiais em fotossíntese artificial, Barber é taxativo quanto ao potencial desse processo. “Imitar a natureza não é um sonho. É uma possibilidade real”. Mas, para isso, ele afirma ser necessário “um esforço internacional que reúna os cientistas mais talentosos do planeta”.

Hoje, essa ‘força tarefa’ ainda não existe – e pode ser que jamais se materialize. As pesquisas ainda são feitas por grupos dispersos, cada qual desenvolvendo seus trabalhos, todos de olho no imenso potencial que cerca essa tecnologia.

Os mais promissores estão nos Estados Unidos, Japão e China. O caminho, porém, ainda é longo e cheio de percalços. Apesar das dificuldades, a recompensa, segundo Barber, “seria um salto sem precedentes na história da humanidade”.

Ninho solar

O "ninho" de espuma produzido pela rã Physalaemuspustulosus

Recentemente, pesquisadores norte-americanos criaram um material fotossintético artificial que, quando exposto à luz solar e ao carbono da atmosfera, gera açúcares, por meio dos quais se produz biocombustível. Faltava, porém, descobrir algo que revestisse esse material, permitindo a maior passagem possível da radiação. E foi aí que entrou em cena uma pequena rã, encontrada desde a América Central até a Floresta Amazônica.

Esse anfíbio produz uma espuma na qual envolve os girinos, como se fosse um ninho. Os cientistas perceberam que essa espuma possui uma longa durabilidade e, por ser porosa, permite uma boa penetração do ar e da luz solar. Dessa forma, seria um excelente invólucro para o fotossintético artificial. “A vantagem do nosso sistema, em comparação com as plantas e as algas, é que toda a energia solar captada é convertida em açúcares, enquanto esses organismos precisam desviar uma grande quantidade de energia para outras funções, como a reprodução,” diz David Wendell, coordenador da pesquisa na Universidade de Cincinnati (EUA).

Além disso, a espuma não precisa do solo para produzir combustível, como acontece com o biodiesel de plantas. Dessa forma, afirma o pesquisador, o método não afetaria a produção de alimentos – nem causaria danos nas áreas de florestas. Hoje, nos EUA e no México, por exemplo, parcela cada vez maior do milho vem sendo usada em usinas de biodiesel, o que acarreta aumento no preço do grão, usado tanto na culinária como na ração animal.

Problema semelhante também se verifica no Brasil, onde a cultura da cana e da soja, entre outras, avança sobre plantios tradicionais, como feijão, milho, batata etc.

Problema pode virar solução

O dióxido de carbono (CO2) é apenas um dos chamados Gases de Efeito Estufa (GEE). Ele representa 55% do total das emissões de GEE no mundo e, pior, ele permanece mais de 100 anos na atmosfera. No futuro, porém, o que hoje é problema, pode vir a ser solução.

A ideia, em estudo em diversas instituições de pesquisa (inclusive no Brasil), é transformar o CO2 em energia, com uma ajudinha do Sol. Quem explica é a pesquisadora Nancy Jackson, presidente da Sociedade Norte-Americana de Química que, recentemente, esteve no Brasil, participando de um congresso. Essa nova tecnologia é chamada de combustão reversa. “Quando usamos combustíveis em nossos carros, o monóxido de carbono é queimado e transformado em dióxido. Estamos fazendo o oposto, como se fosse uma combustão reversa”.

Em outras palavras, é como se os cientistas conseguissem reciclar o CO2. “A ideia é poder produzir combustíveis a partir do resíduo dos combustíveis”, afirma. Para isso, a equipe de Nancy desenvolveu um reator que capta a luz solar e utiliza esse calor para provocar uma reação no dióxido de carbono. É um processo difícil, no qual se gasta muita energia. Por isso, nada melhor do que usar o Sol, que é gratuito.

O que os cientistas querem, afinal, é que a combustão reversa do dióxido de carbono em monóxido de carbono dê origem a um combustível líquido. “Os combustíveis líquidos são importantes por várias razões. Eles são, por exemplo, muito melhores que baterias, mais pesadas. Além disso, são fáceis de transportar. Podem fluir e ser bombeados em canos por muitos quilômetros, sem precisar de veículo algum. Eles permitem utilizar a infraestrutura instalada e as tecnologias existentes”.

Dessa forma, segundo a pesquisadora, o combustível de CO2 poderia ser usado em qualquer máquina, sem exigir grandes modificações – algo fundamental para o sucesso comercial de qualquer nova fonte energética.

A ideia, que parece boa, fica melhor ainda quando Nancy explica de onde coletaremos o dióxido de carbono. “Achamos que podemos utilizar o CO2 que sai das chaminés. Além disso, também temos muito dióxido de carbono quando fermentamos a cana-de-açúcar para fazer etanol. Para cada molécula de etanol, é produzida também uma molécula de dióxido de carbono”.

No futuro, acredita Nancy, poderemos ter parques industriais cujas chaminés, ao invés de expelirem fumaça na atmosfera, reaproveitarão o gás para produzir combustível. Quando chega essa nova energia? Nancy é otimista. “Provavelmente precisaremos de mais uns quatro anos de desenvolvimento de engenharia.Em seguida, entrará o período necessário para o desenvolvimento e o processamento em escala. Estamos falando em algo como sete ou oito anos”.

Um bicho que vive de luz

Plantas, algas e certas bactérias fazem fotossíntese, certo? Sim, mas há um animal, mais especificamente uma lesma marinha chamada Elysia esmeralda, que também se alimenta de luz solar – pelo menos em parte de sua vida. Nas primeiras semanas de vida, que dura cerca de um ano, ela se alimenta de algas. Nesse período, a Elysia possui uma coloração avermelhada. Passada essa fase, ela não se alimenta mais, ou melhor, passa a viver de fotossíntese, e adquire coloração verde musgo. Isso se deve a um curioso processo evolutivo, no qual a Elysia ‘rouba’ das algas que foram digeridas os cloroplastos – pequeninas cápsulas que existem dentro de cada célula vegetal, responsáveis pelo processo da fotossíntese. O nome desse mecanismo é cleptoplastia, do radical grego ‘clepto’, usado, por exemplo, em cleptomaníacos, aqueles com compulsão por roubar.

Folha artificial

Atualmente, a população da Terra consome a cada ano 14 terawatts-hora de energia, sendo que a maior parte é proveniente de combustíveis fósseis como petróleo (4,5 TWh), gás (2,7 TWh) e carvão (2,9 TWh). Para o pesquisador inglês James Barber, especialista em fotossíntese, esse é um modelo insustentável, que, além da poluição na produção e no consumo, consome grande quantidade de recursos naturais.

“Estamos queimando combustíveis fósseis desde a Revolução Industrial e chegamos a emitir carbono em uma concentração de 360 partes por milhão (ppm). À medida que a população global aumenta de modo exponencial, essa emissão piora. Sabemos que se chegarmos a 550 ppm, haverá mudanças dramáticas no clima do planeta”, afirmou.

A ciência busca a criação da folha artificial, capaz de transformar a luz do Sol em energia

Por isso, para ele, desenvolver uma “folha artificial” seria a melhor solução. A tecnologia para capturar a energia solar e transformá-la em eletricidade já é bem conhecida: a energia fotovoltaica. Mas, embora seja importante, ela não resolve o problema energético. “A energia fotovoltaica é cara para competir com os baratos combustíveis fósseis. Em segundo lugar, não é suficiente apenas a produção de eletricidade. Precisamos de combustíveis para carros e aviões. O ideal é que tenhamos combustíveis líquidos de alta densidade, como é o caso do petróleo, do gás ou até mesmo dos biocombustíveis”, afirmou.

Mas os desafios de se criar essa folha artificial começam com o Sol. Seus raios são altamente destrutivos para muitos materiais, fazendo com que a vida útil das tais folhas artificiais se degrade gradualmente, perdendo rendimento.

Novamente, é preciso aprender com as plantas, descobrir como conseguiram ‘driblar’ essa etapa. Foi exatamente isso que fez o pesquisador Michael Strano, do Instituto de Tecnologia de Massachussets (EUA). Para não serem ‘desgastadas’ pelo Sol, as moléculas encarregadas de capturar a luz solar se fracionam constantemente e as plantas as remontam a partir dos pedaços resultantes, de forma que as estruturas básicas que capturam a energia solar são, por assim dizer, sempre novas em folha.

Strano criou um conjunto de moléculas artificiais que imitam essa capacidade das plantas. O processo é bem complexo, mas o protótipo criado pelo grupo funcionou ao longo de um período de 14 horas, sem qualquer perda de eficiência. As reações individuais dessas novas estruturas moleculares apresentam uma eficiência de cerca de 40% – quase o dobro das melhores células solares existentes hoje no mercado. O próximo passo é aumentar a eficiência. Se der certo, teremos uma folha artificial, capaz de transformar a luz do Sol em energia limpa e inesgotável

Biomimética

Exemplo tirado da natureza: sementes de grama, que aderem aos sapatos e roupas, deram origem ao velcro

O que os pesquisadores tentam fazer com a fotossíntese é imitar a natureza. Essa área da ciência chama-se biomimética, ou seja, replicar, artificialmente, um processo natural. Para muitos, o seu potencial é tão grande que ela é vista como a terceira revolução humana depois da descoberta do fogo e da Revolução Industrial. Quem já andou no meio do mato talvez tenha ficado com os tênis ou a barra da calça cheios de pequenos espinhos. São sementes de grama, e, a partir dessa observação, surgiu o velcro. Superfícies antiaderentes, que repelem água e sujeira, foram inspiradas nas folhas da flor de lótus. Já a ‘planta da ressurreição’, originária da África, possibilitou a criação de vacinas que não precisam de refrigeração. Essa planta tem a capacidade de sobreviver mesmo após longos períodos de seca, por meio da ação de um açúcar produzido em suas células, que cristaliza os tecidos. O estudo do vegetal permitiu o desenvolvimento de um spray que recobre as vacinas, mantendo a sua eficácia por anos.