Pesquisadores do Instituto de Ciência de Tóquio alcançou um marco na produção de hidrogênio solardobrando a eficiência através de um fotocatalisador sensibilizado capaz de capturar luz visível de ondas longas, até 800 nanômetros. Essa faixa do espectro, abundante e estável mesmo em dias nublados, era pouco utilizada pelos sistemas convencionais.
O estudo, publicado em Catálise ACSaponta diretamente para um dos gargalos históricos da chamada fotossíntese artificial.
O desafio da fotossíntese artificial
Produzir hidrogénio a partir da água utilizando energia solar é um processo limpo e elegante: sem emissões, sem combustão e sem carbono. É baseado em fotocatalisadoresmateriais que absorvem fótons e usam essa energia para dividir a água em hidrogênio e oxigênio.
O problema é que a maioria dos catalisadores tradicionais aproveita apenas uma parte limitada do espectro solar, principalmente a luz visível de alta energia, deixando de lado a radiação vermelha e infravermelha próxima, que na prática é a mais constante.
Ósmio em vez de rutênio
A equipe liderada pelo professor Kazuhiko Maeda e o pesquisador Haruka Yamamoto decidiu modificar um elemento-chave: o metal central do complexo fotossensibilizador. Em vez de rutênio, que absorve apenas até 600 nm, eles introduziram ósmio.
Esta mudança permitiu captar comprimentos de onda muito maiores, próximos de 800 nm, onde a radiação solar é abundante e menos dependente de condições ideais.
Osmium apresenta o chamado efeito de átomo pesadoo que facilita transições eletrônicas de baixa energia, particularmente transições singleto-tripleto.
Essas transições permitem que os elétrons sejam excitados com fótons menos energéticos, aumentando o número de elétrons disponíveis para impulsionar a reação de produção de hidrogênio. O resultado: até dobrar a eficiência em comparação com sistemas baseados em rutênio.
Implicações práticas
Para além dos dados técnicos, o avanço responde a uma necessidade real: a luz solar nem sempre é direta ou perfeita. Nas cidades, em altas latitudes ou em dias nublados, a radiação difusa ainda está presente, especialmente em comprimentos de onda longos.
Um fotocatalisador capaz de trabalhar nessas condições pode operar mais horas por dia, em mais locais e com menos dependência de orientação ou limpeza extrema.
Isto abre novos cenários: produção local de hidrogénio, integração em fachadas e telhados urbanos, ou sistemas híbridos juntamente com a energia fotovoltaica convencional, aproveitando as faixas de espectro atualmente subutilizadas.
Limitações e futuro
Avanço não significa uma revolução imediata. O ósmio é um metal raro e caro, e ainda há trabalho para otimizar a estabilidade, os custos e a escalabilidade. No entanto, representa uma ponte entre o laboratório e o mundo real, demonstrando que a melhoria da eficiência nem sempre requer sistemas mais complexos, mas sim materiais melhor concebidos.
Hidrogênio solar como vetor de energia
O hidrogênio produzido com energia solar é fundamental para o descarbonização. Atua como um vetor energético que armazena excedentes renováveis, reduz a dependência de combustíveis fósseis e permite descarbonizar setores difíceis de eletrificar, como a indústria pesada e os transportes.
Suas aplicações incluem:
- Armazenamento de energia– Converte a intermitência solar em energia utilizável e estabiliza a rede elétrica.
- indústria limpa: substitui carvão e gás em processos como aço, cimento, amônia e metanol.
- Transporte sustentável: alimenta veículos utilizando células de combustível, com zero emissões poluentes.
- Geração elétrica: Usado em células de combustível para aplicações estacionárias e portáteis.
- Combustíveis sintéticos: pode ser refinado para produzir alternativas renováveis.
As suas vantagens sobre os fósseis são claras: zero emissões, sustentabilidade e versatilidade.
O trabalho da equipe japonesa demonstra que a expansão do espectro útil da fotossíntese artificial tem um impacto prático e mensurável. Embora não resolva todos os obstáculos, coloca uma peça-chave no caminho para uma economia de baixo carbonoaproximando a tecnologia do hidrogénio solar da utilização real e quotidiana.
Com informações da AFP e Econews.