Células solares fotovoltaicas,
coletores termossolares e dispositivos de fotossíntese artificial estão entre as possibilidades de
coletar e aproveitar a energia solar.
Agora, cientistas da Universidade
da Califórnia em Santa Bárbara, nos Estados Unidos, descobriram uma forma
totalmente nova de capturar a energia do Sol.
A maior vantagem da nova técnica
é que ela se baseia inteiramente em metais, que são mais robustos do que os
materiais semicondutores utilizados tradicionalmente.
"É a primeira alternativa
radicalmente nova e potencialmente funcional aos dispositivos de conversão
baseados em semicondutores nos últimos 70 anos ou mais," garante o
professor Martin Moskovits, coordenador da equipe.
Células
solares de semicondutores
Nas células solares atuais, a luz
solar atinge uma camada de material semicondutor, um lado da qual é rica em
elétrons (cargas negativas), e o outro é rico em lacunas (cargas positivas).
Os fótons do Sol excitam os
elétrons, arrancando-os de suas posições e fazendo-os correr para o lado rico
em lacunas, de onde são coletados na forma de eletricidade, podendo também
acionar mecanismos de fotossíntese artificial.
"Por exemplo, os elétrons
podem fazer com que íons de hidrogênio na água sejam convertidos em hidrogênio,
um combustível, enquanto as lacunas produzem oxigênio," explica Moskovits.
Fotossíntese
artificial com metais
Na nova técnica, não é um
semicondutor que fornece os elétrons para iniciar o processo, é uma floresta de
nanobastões de metais.
A demonstração usou nanobastões
de ouro revestidos com uma camada de dióxido de titânio cristalino. No topo,
foram depositadas nanopartículas de platina e, na base, um catalisador à base de
cobalto.
O conjunto inteiro foi mergulhado
em água, a fim de produzir hidrogênio diretamente da luz do Sol.
O mecanismo de geração das cargas
é diferente das células solares fotovoltaicas de silício, por exemplo. Em vez
de excitar e expulsar os elétrons, os fótons criam ondas coletivas de elétrons
na superfície dos metais, chamadas plásmons de superfície.
Conforme os elétrons dessas ondas
plasmônicas recebem energia das partículas de luz, alguns escalam o nanobastão
metálico através do dióxido de titânio, até atingirem as nanopartículas de
platina.
Isso gera uma reação que arranca
íons dehidrogênio das moléculas que formam a
água.
Enquanto isso, as lacunas
deixadas para trás pelos elétrons descem até o catalisador na base dos
nanobastões, ajudando a capturar o oxigênio liberado na reação.
Energia
renovável e limpa
Durante o experimento, não foi
observada qualquer corrosão nos nanobastões metálicos.
"O dispositivo funcionou sem
interrupção ou falha por várias semanas," conta Moskovits.
Segundo ele, o próximo passo da
pesquisa é aumentar a eficiência do processo, eventualmente permitindo a
realização da longamente sonhada "economia do hidrogênio", onde o combustível limpo
poderá ser produzido a partir da mais abundante e constantemente renovada
energia disponível na Terra, a luz do Sol.
Inovação Tecnológica
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