Vírus aproveitado para separar a água.
Uma equipe de pesquisadores do MIT descobriram uma nova maneira de imitar o processo pelo qual as plantas usam a energia da luz do sol para separar a água e fazer combustível químico ao poder o seu crescimento. Neste caso, a equipe usou um vírus modificado, como uma espécie de andaime biológicos que podem montar os componentes necessários em nanoescala para dividir os átomos de hidrogênio e oxigênio de uma molécula de água.
Dividindo a água é uma maneira de resolver o problema básico da energia solar: ele só está disponível quando o sol brilha. Ao utilizar a luz solar para produzir hidrogênio a partir da água, o hidrogênio pode ser armazenado e utilizado a qualquer momento para gerar a eletricidade usando uma célula de combustível, ou para fazer combustíveis líquidos (ou ser usado diretamente) para carros e caminhões.
Outros pesquisadores já construíram sistemas que utilizam eletricidade, que pode ser fornecida por painéis solares, para dividir moléculas de água, mas a base biológica novo sistema ignora as etapas intermediárias e usa a luz solar para alimentar a reação direta. O avanço é descrita em um artigo publicado em 11 de abril na Nature Nanotechnology . A empresa de energia italiana Eni apoiou a pesquisa através da Iniciativa de Energia do MIT (MITEI).
A equipe, liderada por Angela Belcher, professor Germeshausen de Ciência dos Materiais e Engenharia e Engenharia Biológica, engenharia comum, inofensivo vírus bacteriano chamado M13 de modo que atraem e se ligam às moléculas de um catalisador (a equipe usou óxido de irídio) e um pigmento biológico (porfirinas zinco). O vírus tornou-se dispositivos como fios que poderia muito eficiente dividir o oxigênio das moléculas de água.
Ao longo do tempo, no entanto, o vírus-fios que se agregam e perdem a sua eficácia, os pesquisadores adicionaram uma etapa extra: encapsulando-os em uma matriz microgel, para que eles mantiveram a sua disposição uniforme e manteve a sua estabilidade e eficiência.
Enquanto o hidrogênio obtido a partir da água é o gás que seria usado como combustível, a divisão do oxigênio da água é a tecnicamente mais desafiador "semi-reacção" no processo, explica Belcher, assim que sua equipe se concentrou sobre esta parte. Plantas e cianobactérias (também chamadas algas azuis-verdes), ela diz, "têm evoluído muito na organização dos sistemas de fotossíntese para a oxidação eficiente da água." Outros pesquisadores tentaram usar as peças da fotossíntese das plantas diretamente para o aproveitamento da luz solar, mas esses materiais podem ter problemas de estabilidade estrutural.
Belcher decidiu que em vez de empréstimos componentes das plantas, ela teria emprestado seus métodos. Nas células vegetais, pigmentos naturais são usados para absorver a luz solar, enquanto catalisadores, em seguida, promover a reação de decomposição da água. Este é o processo Belcher e sua equipe, incluindo o doutorando Yoon Sung Nam, o principal autor do novo estudo, decidiu imitar.
No sistema da equipe, o vírus simplesmente agir como uma espécie de andaime, fazendo com que os pigmentos e catalisadores para alinhar com o tipo certo de espaçamento para desencadear a reação em água de divisão. O papel dos pigmentos é "atuar como uma antena para captar a luz", explica Belcher, "e então transferir a energia ao longo do comprimento do vírus, como um fio. O vírus é uma colhedora muito eficiente da luz, com essas porfirinas em anexo.
"Nós usamos os componentes têm usado antes", acrescenta ela, "mas nós usamos biologia para organizá-las para nós, de modo a obter uma melhor eficiência."
Usando o vírus para fazer o sistema se montar melhora a eficiência da produção de oxigênio quádrupla, Nam diz. Os pesquisadores esperam encontrar um sistema semelhante de base biológica para executar a outra metade do processo, a produção de hidrogênio. Atualmente, os átomos de hidrogênio da água são separadas em seus componentes prótons e elétrons, uma segunda parte do sistema, a ser desenvolvido, seria combinar esses volta átomos de hidrogênio e moléculas. A equipe também está trabalhando para encontrar uma mais comuns, material menos caro para o catalisador, para substituir o irídio relativamente raro e caro usado nesta prova de estudo de conceito.
Mallouk Thomas, professor da DuPont de Materiais Química e Física na Universidade Estadual da Pensilvânia, que não estava envolvido neste trabalho, diz: "Esta é uma peça extremamente inteligente de trabalho que aborda um dos problemas mais difíceis no processo de fotossíntese artificial, ou seja, a nanoescala organização dos componentes, a fim de controlar as taxas de transferência de elétrons ".
Ele acrescenta: "Há uma combinação assustadora de problemas a serem resolvidos antes de este ou qualquer outro sistema artificial fotossintéticas podem ser realmente útil para conversão de energia." Para ser competitivo com outras abordagens para a energia solar, diz ele, o sistema deveria ter ter pelo menos 10 vezes mais eficiente do que a fotossíntese natural, ser capaz de repetir a reação de um bilhão de vezes, e usar materiais menos caros. "Isso é improvável de acontecer num futuro próximo", diz ele. "No entanto, a idéia do projeto ilustrado neste trabalho poderia finalmente ajudar com uma peça importante do quebra-cabeça."
Belcher nem sequer especular sobre quanto tempo pode demorar para desenvolver isso em um produto comercial, mas ela diz que dentro de dois anos, ela espera ter um protótipo que pode realizar todo o processo de separação da água em oxigênio e hidrogênio, usando um auto-sustentável e um sistema durável.
Fonte: http://web.mit.edu/newsoffice/2010/belcher-water-0412.html
Dividindo a água é uma maneira de resolver o problema básico da energia solar: ele só está disponível quando o sol brilha. Ao utilizar a luz solar para produzir hidrogênio a partir da água, o hidrogênio pode ser armazenado e utilizado a qualquer momento para gerar a eletricidade usando uma célula de combustível, ou para fazer combustíveis líquidos (ou ser usado diretamente) para carros e caminhões.
Outros pesquisadores já construíram sistemas que utilizam eletricidade, que pode ser fornecida por painéis solares, para dividir moléculas de água, mas a base biológica novo sistema ignora as etapas intermediárias e usa a luz solar para alimentar a reação direta. O avanço é descrita em um artigo publicado em 11 de abril na Nature Nanotechnology . A empresa de energia italiana Eni apoiou a pesquisa através da Iniciativa de Energia do MIT (MITEI).
A equipe, liderada por Angela Belcher, professor Germeshausen de Ciência dos Materiais e Engenharia e Engenharia Biológica, engenharia comum, inofensivo vírus bacteriano chamado M13 de modo que atraem e se ligam às moléculas de um catalisador (a equipe usou óxido de irídio) e um pigmento biológico (porfirinas zinco). O vírus tornou-se dispositivos como fios que poderia muito eficiente dividir o oxigênio das moléculas de água.
Ao longo do tempo, no entanto, o vírus-fios que se agregam e perdem a sua eficácia, os pesquisadores adicionaram uma etapa extra: encapsulando-os em uma matriz microgel, para que eles mantiveram a sua disposição uniforme e manteve a sua estabilidade e eficiência.
Enquanto o hidrogênio obtido a partir da água é o gás que seria usado como combustível, a divisão do oxigênio da água é a tecnicamente mais desafiador "semi-reacção" no processo, explica Belcher, assim que sua equipe se concentrou sobre esta parte. Plantas e cianobactérias (também chamadas algas azuis-verdes), ela diz, "têm evoluído muito na organização dos sistemas de fotossíntese para a oxidação eficiente da água." Outros pesquisadores tentaram usar as peças da fotossíntese das plantas diretamente para o aproveitamento da luz solar, mas esses materiais podem ter problemas de estabilidade estrutural.
Belcher decidiu que em vez de empréstimos componentes das plantas, ela teria emprestado seus métodos. Nas células vegetais, pigmentos naturais são usados para absorver a luz solar, enquanto catalisadores, em seguida, promover a reação de decomposição da água. Este é o processo Belcher e sua equipe, incluindo o doutorando Yoon Sung Nam, o principal autor do novo estudo, decidiu imitar.
No sistema da equipe, o vírus simplesmente agir como uma espécie de andaime, fazendo com que os pigmentos e catalisadores para alinhar com o tipo certo de espaçamento para desencadear a reação em água de divisão. O papel dos pigmentos é "atuar como uma antena para captar a luz", explica Belcher, "e então transferir a energia ao longo do comprimento do vírus, como um fio. O vírus é uma colhedora muito eficiente da luz, com essas porfirinas em anexo.
"Nós usamos os componentes têm usado antes", acrescenta ela, "mas nós usamos biologia para organizá-las para nós, de modo a obter uma melhor eficiência."
Usando o vírus para fazer o sistema se montar melhora a eficiência da produção de oxigênio quádrupla, Nam diz. Os pesquisadores esperam encontrar um sistema semelhante de base biológica para executar a outra metade do processo, a produção de hidrogênio. Atualmente, os átomos de hidrogênio da água são separadas em seus componentes prótons e elétrons, uma segunda parte do sistema, a ser desenvolvido, seria combinar esses volta átomos de hidrogênio e moléculas. A equipe também está trabalhando para encontrar uma mais comuns, material menos caro para o catalisador, para substituir o irídio relativamente raro e caro usado nesta prova de estudo de conceito.
Mallouk Thomas, professor da DuPont de Materiais Química e Física na Universidade Estadual da Pensilvânia, que não estava envolvido neste trabalho, diz: "Esta é uma peça extremamente inteligente de trabalho que aborda um dos problemas mais difíceis no processo de fotossíntese artificial, ou seja, a nanoescala organização dos componentes, a fim de controlar as taxas de transferência de elétrons ".
Ele acrescenta: "Há uma combinação assustadora de problemas a serem resolvidos antes de este ou qualquer outro sistema artificial fotossintéticas podem ser realmente útil para conversão de energia." Para ser competitivo com outras abordagens para a energia solar, diz ele, o sistema deveria ter ter pelo menos 10 vezes mais eficiente do que a fotossíntese natural, ser capaz de repetir a reação de um bilhão de vezes, e usar materiais menos caros. "Isso é improvável de acontecer num futuro próximo", diz ele. "No entanto, a idéia do projeto ilustrado neste trabalho poderia finalmente ajudar com uma peça importante do quebra-cabeça."
Belcher nem sequer especular sobre quanto tempo pode demorar para desenvolver isso em um produto comercial, mas ela diz que dentro de dois anos, ela espera ter um protótipo que pode realizar todo o processo de separação da água em oxigênio e hidrogênio, usando um auto-sustentável e um sistema durável.
Fonte: http://web.mit.edu/newsoffice/2010/belcher-water-0412.html
