KAWANISH, Japão, 15 de novembro de 2022 /PRNewswire/ — Questões ambientais como mudanças climáticas, esgotamento de recursos, extinção de espécies, poluição plástica e desmatamento causados ​​pelo aumento da população mundial estão se tornando cada vez mais urgentes.
O dióxido de carbono (CO2) é um gás de efeito estufa e uma das principais causas das mudanças climáticas. Nesse sentido, um processo chamado “fotossíntese artificial (fotorredução do dióxido de carbono)” pode produzir matérias-primas orgânicas para combustíveis e produtos químicos a partir de dióxido de carbono, água e energia solar, assim como as plantas fazem. Ao mesmo tempo, reduz as emissões de CO2, que são utilizadas como matéria-prima para a produção de energia e produtos químicos. Portanto, a fotossíntese artificial é reconhecida como uma das tecnologias verdes mais avançadas.
Os MOFs (estruturas metalorgânicas) são materiais superporosos compostos por aglomerados de metais inorgânicos e ligantes orgânicos. Eles podem ser controlados em nível molecular na nanoescala, apresentando uma grande área superficial. Devido a essas propriedades, os MOFs podem ser aplicados em armazenamento de gases, separação, adsorção de metais, catálise, liberação de fármacos, tratamento de água, sensores, eletrodos, filtros, etc. Recentemente, descobriu-se que os MOFs possuem a capacidade de capturar CO2, que pode ser utilizado para produzir substâncias orgânicas por meio da fotorredução de CO2, também conhecida como fotossíntese artificial.
Os pontos quânticos, por outro lado, são materiais ultrapequenos (0,5–9 nanômetros) com propriedades ópticas que obedecem às regras da química quântica e da mecânica quântica. São chamados de “átomos artificiais” ou “moléculas artificiais” porque cada ponto quântico consiste em apenas alguns a milhares de átomos ou moléculas. Nessa faixa de tamanho, os níveis de energia dos elétrons deixam de ser contínuos e se separam devido a um fenômeno físico conhecido como efeito de confinamento quântico. Nesse caso, o comprimento de onda da luz emitida dependerá do tamanho do ponto quântico. Esses pontos quânticos também podem ser aplicados na fotossíntese artificial devido à sua alta capacidade de absorção de luz, capacidade de gerar múltiplos éxcitons e grande área superficial.
Tanto os MOFs quanto os pontos quânticos foram sintetizados pela Green Science Alliance. Anteriormente, eles utilizaram com sucesso compósitos de MOF e pontos quânticos para produzir ácido fórmico como um catalisador especial para fotossíntese artificial. No entanto, esses catalisadores estão na forma de pó e precisam ser coletados por filtração em cada etapa do processo. Portanto, sua aplicação em escala industrial é dificultada pela falta de continuidade dos processos.
Em resposta, o Sr. Kajino Tetsuro, o Sr. Iwabayashi Hirohisa e o Dr. Mori Ryohei, da Green Science Alliance Co., Ltd., utilizaram sua tecnologia para imobilizar esses catalisadores especiais de fotossíntese artificial em um tecido têxtil de baixo custo e inauguraram uma nova planta de ácido fórmico. O processo pode ser executado continuamente para aplicações industriais práticas. Após a conclusão da reação de fotossíntese artificial, a água contendo ácido fórmico pode ser retirada e extraída, e então água fresca pode ser adicionada ao recipiente para dar continuidade à fotossíntese artificial.
O ácido fórmico pode substituir o hidrogênio como combustível. Uma das principais razões que impedem a adoção global de uma sociedade baseada em hidrogênio é a dificuldade de armazenamento do hidrogênio, o menor átomo do universo, e o alto custo de construção de um reservatório hermeticamente fechado. Além disso, o hidrogênio gasoso é explosivo e representa um risco à segurança. O ácido fórmico, por ser líquido, é muito mais fácil de armazenar como combustível. Se necessário, ele pode catalisar a reação para produzir hidrogênio in situ. Ademais, o ácido fórmico pode ser utilizado como matéria-prima para diversos produtos químicos.
Mesmo que a eficiência da fotossíntese artificial ainda seja muito baixa atualmente, a Green Science Alliance continuará lutando para aumentar a eficiência e introduzir a fotossíntese artificial em aplicações práticas.