Nova Molécula Aproxima a Fotossíntese Artificial da Realidade

Substituindo a Fotossíntese Natural

Directa ou indiretamente, uma enorme quantidade da energia que usamos foi produzida por meio da fotossíntese.

Isso é, claro, verdade para as calorias que alimentam nossos corpos, mas, em última análise, também para os combustíveis fósseis, que são apenas “fotossíntese armazenada” de plantas que morreram há eras.

Portanto, muitos esforços para tornar nosso sistema de energia e alimentos mais verde foram dedicados a melhorar a fotossíntese natural ou aproveitá‑la para novos usos, como a criação de biocombustíveis a partir de algas.

Construí‑la em escala pode ser crucial para limitar o aumento da concentração de CO₂ na atmosfera.

Mas e se pudéssemos imitar o processo de fotossíntese sem precisar lidar com organismos vivos? Afinal, trata‑se de um processo eletroquímico que não requer necessariamente células vivas para acontecer. Essa é a promessa da chamada “fotossíntese artificial”.

Isso elevaria nossa capacidade de capturar a energia solar um passo acima da fotovoltaica, que pode “apenas” gerar eletricidade a partir da luz solar, mas não afetar diretamente reações químicas.

Alguns progressos foram feitos, notavelmente em direção à produção de hidrogênio semelhante à fotossíntese, mas ainda é necessário mais trabalho para uma réplica mais próxima.

Como a Fotossíntese Funciona na Natureza

Nas plantas, a fotossíntese é, grosso modo, a forma mais simples: o processo de absorver CO₂ e água, usar a luz como fonte de energia e produzir carboidratos e oxigênio.

Fonte: Britannica

À primeira vista, parece que isso pode ser reduzido a uma equação química muito simples e poderia ser facilmente replicado artificialmente.

Fonte: Britannica

É outra história quando se observa como isso é realmente feito.

A fotossíntese das plantas é, na verdade, uma das maquinarias bioquímicas mais complexas, com dezenas de reações intermediárias, uma infinidade de subcomponentes e, às vezes, mecanismos moleculares ainda pouco compreendidos envolvendo movimentos elaborados de elétrons.

A explicação sintética deste tópico na enciclopédia Britannica não tem menos que 10.000 palavras.

Os cientistas que a estudam precisam lidar com esquemas muito mais complexos para começar a ter apenas uma visão geral da fotossíntese:

Fonte: Lumen Learning

Embora na natureza seja usada principalmente para criar carboidratos, a fotossíntese poderia, em teoria, ser usada para muitas outras aplicações usando a luz como fonte de energia, como, por exemplo, a síntese de hidrogênio a partir da água (fotocatálise).

Um processo semelhante de movimento de elétrons e íons induzido por luz também poderia ser usado para criar açúcares artificialmente. Essa é a ideia em que três cientistas da Universidade de Basel (Suíça) estão trabalhando. Eles publicaram recentemente na Nature Chemistry¹ seus resultados sobre uma nova molécula que poderia ser usada para fotossíntese artificial, sob o título “Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound”.

Construindo Clorofila Artificial

Moléculas de Carga Múltipla

A fotossíntese natural depende de uma série de reações eletroquímicas. Como resultado, requer um chamado estado de separação de carga (CSS), onde uma molécula carrega simultaneamente uma carga positiva e uma carga negativa.

Importante, as reações de formação de combustível requerem múltiplos elétrons, não apenas um, o que até agora tem sido o melhor que os sistemas de fotossíntese artificial conseguiram.

Para a redução de CO₂ em particular, a transferência de múltiplos elétrons parece ser essencial, o que também explica por que a maioria das soluções de fotossíntese artificial até agora se concentrou na geração de hidrogênio.

É aqui que a descoberta dos pesquisadores suíços está mudando as coisas, com a criação de uma molécula especial que pode gerar e armazenar quatro cargas simultaneamente sob irradiação luminosa – duas positivas e duas negativas.

Fonte: Nature

Como Funciona?

A molécula contém uma parte central sensível à luz que gera um movimento de elétron em resposta. Os pesquisadores adotaram uma abordagem sequencial usando dois flashes de luz.

O primeiro flash de luz atinge a molécula e desencadeia uma reação na qual uma carga positiva e uma carga negativa são geradas, e se movem em direção ao extremo oposto da molécula.

Com o segundo flash de luz, a mesma reação ocorre novamente, de modo que a molécula passa a conter duas cargas positivas e duas negativas.

Fonte: Nature

Sensibilidade à Luz Aprimorada

A etapa sequencial, usando luz em um processo de 2 passos, não só é importante para acumular uma carga elétrica dupla em cada extremidade da molécula, mas também para reduzir a energia necessária para cada passo, permitindo que funcione em intensidade de luz mais baixa do que antes.

Fonte: Nature

“Como resultado, já estamos nos aproximando da intensidade da luz solar.

Pesquisas anteriores exigiam luz laser extremamente forte, o que estava muito distante da visão da fotossíntese artificial.”

Mathis Brändlin – Doutorando na Universidade de Basel

Por Que Esta Molécula É um Passo Importante

Outra qualidade desta nova molécula é que ela retém sua carga por tempo suficientemente longo para ser usada na alimentação de reações químicas posteriores, algo indispensável para qualquer sistema completo de fotossíntese artificial.

“Identificamos e implementamos uma peça importante do quebra‑cabeça.

Esperamos que isso nos ajude a contribuir para novas perspectivas de um futuro energético sustentável.”

Prof. Oliver Wenger – Universidade de Basel

Com retenção de carga de 120 microssegundos (mil a um milhão de vezes melhor que antes), isso deve ser suficiente para reações químicas, mesmo que a duração ideal fosse medida em segundos.

Portanto, comparada a moléculas foto‑sensíveis de carga única, ou de apenas um tipo de carga, testadas em experimentos passados, esta é a molécula mais promissora para o desenvolvimento de fotossíntese artificial até agora.

Ajustes adicionais no design poderiam melhorar sua capacidade de operar em intensidade de luz natural ou de reter as cargas elétricas por ainda mais tempo.

A outra parte fundamental de um processo de fotossíntese artificial que ainda precisa ser projetada é um pigmento com estados excitados de alta energia, bem como catalisadores adequados para fornecer potência redox suficiente para a divisão da água ou redução de CO₂.

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Investindo em Inovação Sustentável

DuPont

A DuPont é uma enorme empresa química com muitos produtos químicos de marca importantes, como Kevlar, Styrofoam, Nomex (proteção contra fogo), Great Stuff (adesivo de construção), etc. Sua pesquisa avançada em polímeros e marcas de materiais de proteção pode posicioná‑la para se beneficiar das tecnologias de metamateriais de dupla rede.

A DuPont é uma corporação antiga com uma história complexa de aquisições e, mais recentemente, uma série de desmembramentos.

Fonte: DuPont

Esses desmembramentos separaram da DuPont os departamentos de nutrição e biociência, parcialmente vendidos para a Corteva Biosciences (CTVA -0,95%), produtos de titânio para formar a Chemours Company (CC )  (CC -1,05%), e mobilidade.

Também se separará de seu negócio de produtos químicos eletrônicos em novembro de 2025, mas manterá o segmento de água (membranas e filtros para purificação e dessalinização de água), ao contrário dos planos anteriores.

Fonte: DuPont

Isso deixará a DuPont como uma empresa muito mais focada, com atividade central em polímeros avançados para purificação de água e equipamentos de proteção, bem como materiais avançados para aeroespacial, saúde e veículos elétricos.

Fonte: DuPont

A DuPont é uma corporação verdadeiramente internacional, com alta demanda por produtos químicos especiais em purificação de água e manufatura industrial.

Os setores atendidos pelos produtos químicos da DuPont são também muito variados, incluindo construção, purificação de água, indústria eletrônica, automotiva, aeroespacial, saúde, energia verde e produção industrial.

Fonte: DuPont

Sobre fotossíntese artificial, a empresa química está trabalhando na tecnologia por meio de parcerias com a academia, notavelmente com a Universidade da Pensilvânia.

“O objetivo desta pesquisa colaborativa é desenvolver um protocolo computacional amplamente aplicável … para acelerar a seleção de materiais fotoativos que possam dividir a água em hidrogênio e oxigênio de forma eficiente.”

A forte presença da DuPont em equipamentos de proteção e a posição consolidada da marca Kevlar, um polímero de alto desempenho, devem ajudá‑la a adaptar novas formas de metamateriais em produtos comerciais. E sua presença em energia verde deve ajudar a comercializar produtos químicos para o eventual processo comercial de fotossíntese artificial.

Em qualquer caso, à medida que novas tecnologias crescem, assim como o consumo de água, cresce também a demanda pelos produtos químicos avançados produzidos pela DuPont.

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da DuPont (DD)

Estudo Referenciado

^{1. Brändlin, M., Pfund, B. & Wenger, O.S. Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound. Nature. Chemistry. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x}