Célula solar usa moléculas de DNA para se regenerar

Os nanotubos de carbono funcionam como uma plataforma para ancorar fitas de DNA, que capturam os cromóforos.

Usando nanotubos de carbono e moléculas de DNA, cientistas estão criando uma nova geração de células solares capazes de se autoconsertar.

Imitando o sistema fotossintético das plantas, essas células solares poderão ter uma vida útil mais longa e reduzir os custos da energia solar.

“Nós criamos fotossistemas artificiais usando nanomateriais ópticos para capturar a energia solar, que é convertida em energia elétrica,” resume o Dr. Jong Hyun Choi, da Universidade Purdue, nos Estados Unidos.

Célula solar fotoeletroquímica

O projeto da nova célula solar fotoeletroquímica aproveita as propriedades elétricas incomuns dos nanotubos de carbono de parede única – suas paredes são formadas por uma única camada de átomos de carbono.

Segundo Choi, os nanotubos de carbono funcionam como fios moleculares no interior das células solares.

As células fotoeletroquímicas convertem a luz solar em eletricidade e usam um eletrólito – um líquido condutor de eletricidade – para transportar os elétrons e criar a corrente elétrica.

Mas elas têm um inconveniente: o uso de corantes absorvedores de luz, chamadoscromóforos, moléculas semelhantes à clorofila. Embora altamente eficientes, essas moléculas são orgânicas, degradando-se devido à exposição à luz solar.

A equipe do Dr. Choi resolveu o problema da mesma forma que a natureza faz nas plantas: substituindo continuamente as moléculas danificadas por moléculas novas. “Esse tipo de auto-regeneração é feito nas plantas uma vez por hora,” diz Choi.

Garantido o suprimento constante de novos cromóforos, as novas células fotoeletroquímicas operam com capacidade total de forma praticamente indefinida.

Célula solar com DNA

Os nanotubos de carbono funcionam como uma plataforma para ancorar fitas de DNA. O DNA é projetado para ter uma sequência específica de nucleotídeos, o que lhe permite reconhecer e se ligar aos cromóforos.

“O DNA reconhece as moléculas de corante, e então o sistema se estrutura sozinho, de forma espontânea,” conta Choi.

Os cromóforos podem ser substituídos por processos químicos ou pela adição de novas cadeias de DNA com sequências de nucleotídeos diferentes, arrancando as moléculas danificadas e abrindo espaço para a adição de novos cromóforos.

A abordagem tem dois elementos fundamentais para mimetizar o mecanismo de auto-reparo da natureza: o reconhecimento molecular e a metaestabilidade termodinâmica, ou a capacidade do sistema de ser continuamente dissolvido e remontado.

“Eu acho que a nossa abordagem é promissora para a fabricação em larga escala, mas ainda estamos na fase de pesquisa básica,” alerta o pesquisador.

O trabalho é uma extensão de uma outra descoberta recente, feita com conjunto com parceiros do MIT – veja Funil solar: antenas de nanotubos concentram luz em células solares.

A principal novidade agora é a substituição dos cromóforos biológicos, colhidos de bactérias, por moléculas sintéticas, chamadas porfirinas.

Fonte: Inovação Tecnológica