FOTOSSÍNTESE

Energia

Contribuição brasileira à fotossíntese artificial

Com informações do Jornal da Unicamp - 26/06/2014

[Imagem: Jackson Dirceu Megiatto/Unicamp]

Fotossíntese artificial

Primeiro, compreender a natureza. Depois, tentar imitá-la. Adotado pelos cientistas há centenas de anos, esse princípio tem sido responsável por algumas das mais significativas descobertas da ciência ao longo da história.

O preceito também serviu de inspiração ao professor Jackson Dirceu Megiatto Júnior, da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), que obteve importantes avanços na desafiadora proposta de transformar água e luz solar em fonte de energia.

Trata-se de uma das mais importantes participações brasileiras no esforço internacional em busca do desenvolvimento da fotossíntese artificial.

"Converter água e luz solar em fonte de combustível é algo que a natureza faz rotineiramente através da fotossíntese. O que estamos tentando fazer é reproduzir artificialmente esse processo em nossos laboratórios", explica Jackson.

Como ainda não existe tecnologia para reproduzir artificialmente o processo de fotossíntese natural das plantas baseado em proteínas - as proteínas deixam de funcionar fora de seu ambiente natural -, os pesquisadores partiram para o desenvolvimento de materiais artificiais que possam replicar o processo.

Porfirinas e tirosina

"O que nós fizemos inicialmente foi sintetizar moléculas muito similares às clorofilas, chamadas porfirinas, que dispensam a estrutura proteica para realizar absorção de luz sem se degradar", relata Jackson.

O problema é que, embora sejam estáveis durante o processo de absorção de luz, as porfirinas se degradam primeiro que as moléculas de água durante o processo artificial de fotossíntese - ou seja, elas são mais estáveis que a clorofila, mas não o suficiente para a conclusão do processo.

Pesquisadores esperam usar uma reação química similar à fotossíntese, mas em um sistema artificial, para turbinar a fotossíntese e construir um sistema ainda mais eficiente. [Imagem: Beyer et al./NanoLetters]

A solução foi novamente encontrada na natureza, em um um aminoácido do tipo tirosina, presente na proteína das folhas, que permite que as clorofilas "conversem" com as moléculas de água, sincronizando o processo de captura, tudo estabilizado com o uso de flúor, que impede a perda das moléculas de água.

"A tirosina apresenta um grupo fenólico em sua estrutura que possui uma propriedade bastante peculiar. Ele é capaz de receber rapidamente a energia proveniente das clorofilas ativadas e armazená-la pelo tempo necessário para que as moléculas de água ao seu redor sejam decompostas em hidrogênio e oxigênio. Moléculas do tipo fenol são produzidas às toneladas atualmente," explica o pesquisador.

O rendimento apresentado pelo material conjugado foi muito próximo àquele apresentado pela fotossíntese natural.

Viabilidade

O próximo passo do trabalho, antecipa o pesquisador, será buscar um sistema completo de produção de energia.

A proposta é conectar uma célula solar construída com os nanomateriais que realizam fotossíntese artificial a uma célula combustível, que reorganize os átomos de hidrogênio e oxigênio, gerando eletricidade e água.

Jackson antecipa que, mesmo após vencida esta etapa, restarão desafios para tornar o processo da fotossíntese artificial comercialmente viável, sobretudo porque o processo de preparação das porfirinas ainda é caro.

Bibliografia:

A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of the Tyr-His pairs of photosystem II
Jackson Dirceu Megiatto Júnior, Dalvin D. Méndez-Hernández, Marely E. Tejeda-Ferrari, Anne-Lucie Teillout, Manuel J. Llansola-Portolés, Gerdenis Kodis, Oleg G. Poluektov, Tijana Rajh, Vladimiro Mujica, Thomas L. Groy, Devens Gust, Thomas A. Moore, Ana L. Moore
Nature
Vol.: 6, 423-428
DOI: 10.1038/nchem.1862