“Se quisermos construir uma economia circular e sustentável, a indústria química representa um problema importante e complexo que devemos enfrentar.”disse Erwin Reisner, professor de química da Universidade de Cambridge (Reino Unido) e diretor do projeto de pesquisa “folha semiartificial”, cujo trabalho foi tema de um artigo de pesquisa na revista Joule.
Atualmente, a indústria química depende fortemente de combustíveis fósseis para transformar matérias-primas em produtos acabados utilizáveis. Esta dependência é problemática por dois motivos: não só estes recursos são limitados, como a sua exploração pelo sector químico representa cerca de 6% das emissões globais de dióxido de carbono (CO2), segundo a Royal Society (Academia de Ciências do Reino Unido).
“Temos de encontrar formas de desfossilizar este importante sector, que produz tantos dos produtos essenciais de que todos necessitamos. Se tivermos sucesso, representará uma enorme oportunidade.” continua o professor Erwin Reisner.
Sob a sua supervisão, a equipa de químicos da Universidade de Cambridge explorou, portanto, uma abordagem inovadora destinada a emancipar-se dos combustíveis fósseis. Para isso, porque não inspirar-se na fotossíntese, processo natural realizado pelas plantas que convertem CO2 em açúcares, através da energia solar?
Inspirando-se na fotossíntese para a química verde
O dispositivo desenvolvido pelos cientistas, denominado “folha semiartificial”, é um composto híbrido em forma de camadas empilhadas, combinando polímeros orgânicos (macromoléculas de carbono combinadas com titânio) e enzimas bacterianas. Os polímeros absorvem a luz como fonte de energia, enquanto as enzimas transformam o dióxido de carbono e a água em formato (HCOO-), a molécula de interesse, servindo como combustível para alimentar outras reações químicas.
Esta folha semi-artificial, composta por camadas de polímeros orgânicos e enzimas, transforma CO2 em formato (HCOO-), graças à luz solar. Créditos: Céline Yeung, Universidade de Cambridge.
Assim, esta réplica foliar permite não a formação de açúcares, mas a obtenção de um composto valioso para sínteses químicas, ao mesmo tempo que recupera CO2. Em testes de laboratório, a equipe conseguiu usar a luz solar para converter dióxido de carbono em formato e integrá-lo diretamente em uma reação em cadeia para sintetizar 1-feniletanol, produto utilizado na indústria farmacêutica por seu aroma floral. O rendimento atingiu 78% e a pureza 94%, superando em muito os modelos sintéticos.
Uma folha semi-artificial estável, não tóxica e altamente eficaz
De acordo com os resultados publicados na revista Jouleseu sistema opera de forma totalmente autônoma e, ao contrário dos modelos anteriores que dependiam de absorvedores de luz tóxicos ou instáveis, este novo modelo biohíbrido utiliza materiais orgânicos não tóxicos e permanece estável sem aditivos adicionais.
“Este dispositivo combina o melhor dos dois mundos: os semicondutores orgânicos são sintonizáveis e não tóxicos, enquanto o biocatalisadores (enzimas acelerando uma reação química, nota do editor) são altamente seletivos e eficazes”, explica a coautora do estudo, Dra. Celine Yeung.
Os investigadores assumiram assim um desafio de longa data: ao integrar uma enzima, a anidrase carbónica, numa estrutura porosa de dióxido de titânio, conseguiram manter as enzimas activas numa simples solução de bicarbonato, sem aditivos insustentáveis.
Esta folha biohíbrida funcionou com sucesso por mais de 24 horas, mais que o dobro do tempo que os modelos anteriores. Os pesquisadores esperam refinar seu sistema para prolongar sua vida útil e adaptá-lo à produção de diferentes tipos de produtos químicos.
“Isto poderia proporcionar uma plataforma fundamental para a futura produção de combustíveis e produtos químicos verdes, como o metanol ou o etilenoglicol. concluiu o professor Erwin Reisner.