Utilizando corantes naturais extraídos de frutas como amora, jabuticaba e calafate (comum na região da Patagônia, na América do Sul), cientistas do Instituto de Química (IQ) da USP desenvolveram uma nova tecnologia para a produção de células capazes de converter a luz solar em energia elétrica, as chamadas Dry-cells® – células solares de camada delgada. Comparado com os sistemas convencionais, que utilizam como matéria prima o silício, o processo apresenta vantagens como o custo de produção – estimado em cerca de 30% a 50% menor – e o uso de materiais que não agridem o meio ambiente.
Nos laboratórios do IQ já existem células solares de 10cm x 10 cm, com a aparência de um vidro transparente, que demonstram a eficiência das Dry-cells®. André Sarto Polo, doutorando do Instituto, explica que o sistema utiliza como semicondutor o dióxido de titânio (TiO2). “Esta substância é utilizada na indústria em cremes dentais, tintas etc. Por ser branca, não absorve a luz visível e necessita de um corante para absorver a luz solar, que pode ser obtido de extratos de frutas.” Em testes feitos com calafate e jabuticaba, os pesquisadores conseguiram atingir potências em torno de 1,5 a 2 miliwatts por centímetro quadrado (cm2). Os experimentos de controle vêm sendo realizados em pequenas células solares que possuem uma área ativa de 1/2 cm2. Segundo Polo, já se sabe que o sistema com corantes naturais é capaz de converter a energia proveniente de sol em eletricidade com eficiência em torno de 1% a 2%.
A partir das Dry-cells® que estão sendo experimentadas no IQ é possível montar-se painéis solares. “Ainda não sabemos por quanto tempo o sistema que utiliza os corantes naturais é capaz de converter a energia solar em energia elétrica, mas acreditamos que as células desenvolvidas no laboratório apresentam vários aspectos vantajosos”, afirma o doutorando. Diferentemente do sistema convencional, essas células podem converter a energia luminosa mesmo em dias nublados e nem são tão afetadas pelo ângulo de incidência da luz.
Segundo a professora Neyde Yukie Murakami Iha, do Laboratório de Fotoquímica Inorgânica e Conversão de Energia do IQ, coordenadora do projeto, uma célula solar com este arranjo pode apresentar a aparência de um vidro transparente colorido. “Por isso as Dry-cells® podem ser usadas como janelas de prédios e residências ou tetos solares de automóveis capazes de absorver e converter a energia solar. Nesse caso, além de coletar a luz e transformá-la em energia elétrica, a célula permite também a transmissão da fração de luz incidente não aproveitada”, explica. Neyde lembra ainda que as pesquisas já renderam três patentes à USP. Os próximos passos dos estudos, de acordo com Polo, serão verificar o tempo de vida útil das células e a utilização de diferentes compostos. “O que podemos afirmar com certeza é que o fruto in natura mostra uma relação custo benefício muito promissora”, salienta.
Os trabalhos conduzidos no grupo de Fotoquímica Inorgânica e Conversão de Energia vêm pesquisando a reatividade fotoquímica de compostos de coordenação e de sistemas supramoleculares. Esses compostos podem apresentar absorções na região do visível e, quando convenientemente projetados e preparados, resultam em espécies que possuem características espectrais favoráveis que permitem a absorção e, consequentemente, o aproveitamento mais eficiente do espectro solar. Esses estudos, quando associados com uma separação de carga eficiente, equivalem à fotossíntese artificial e podem trazer grandes contribuições em foto catálise, armazenamento e conversão de energia. As atividades de pesquisa dentro do projeto envolvem síntese, caracterização, análise dos processos térmicos e estudos foto físicos e fotoquímicos de compostos de coordenação e de sistemas supramoleculares, em particular os pares-iônicos de complexos de cobalto e sistemas multicêntricos envolvendo monômeros de ferro, crômio, rutênio e rênio. Nestes, ênfases especiais são dadas a processos de transferência de elétrons e de energia. Envolvem ainda síntese de complexos corantes e suas associações com a superfície, desenvolvendo novos compostos captadores de luz solar.
Desde 1994, os conhecimentos adquiridos vêm sendo aplicados na conversão de energia solar e no estudo de foto sensores e dispositivos moleculares. Esses estudos estão baseados e fundamentados nas investigações anteriores, ou conduzidas em paralelo, enfocando a cinética, eletroquímica e espectroscopia dos compostos investigados, com ênfase especial na reatividade fotoquímica. Uma das atividades de pesquisa desenvolvidas pelo grupo está relacionada com o aproveitamento da energia solar por meio de uma nova concepção, empregando células fotovoltáicas que mimetizam os processos envolvidos na fotossíntese. A conversão da energia solar, é realizada através de células foto eletroquímicas regenerativas. Nela são empregados novos materiais como um semicondutor nanocristalino, por exemplo dióxido de titâtio, n-TiO2, depositados num substrato condutor transparente (por exemplo um vidro condutor). Uma camada de composto de coordenação é adsorvida sobre a sua superfície para atuar como corante sensibilizador que absorve a luz solar, compondo o foto anodo. O dispositivo é montado utilizando um contra eletrodo, constituído por um substrato condutor transparente com um depósito fino de platina que atua como catalisador no processo regenerativo. Esse processo é realizado por eletrólitos/mediadores, como o par redox iodo-tri iodeto.
Uma eficiência de cerca de 10% da conversão da energia solar pode ser obtida nesses dispositivos de custo mais baixo que as células fotovoltáicas convencionais. Essas células, conhecidas como células solares sensibilizadas por corantes, dry sensitized solar cells, convertem a luz solar em eletricidade num nível molecular, similar a uma fotossíntese, utilizando compostos que captam a energia, transmitem e produzem a separação de carga. O processo ainda pode ser adaptado e empregado na decomposição de água, produzindo combustíveis como o H2. As vantagens dessas novas células, são o uso de matérias primas baratas, envolvendo produção de baixo custo e relativamente simples. Como se trata de uma nova tecnologia existe ainda um alto potencial para o aumento da sua eficiência (eficiência máxima teórica para as células solares sensibilizadas por corantes é de 27%) e é considerado de relevância estratégica em vários países.
Fonte: Extrato de frutas é utilizado para converter energia solar em eletricidade, Antonio Carlos Quinto, Agenusp, 06/09/2006 http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115060906
acesso em julho de 2007
http://www.iq.usp.br/wwwdocentes/neydeiha/
acesso em março de 2009
