Folha semi-artificial transforma poluição e luz solar em químicos úteis

Uma folha artificial, uma espécie de biorreator alimentado por energia solar, imita a fotossíntese para produzir substâncias químicas valiosas de forma sustentável.

A grande novidade é que esta célula é híbrida, combinando semicondutores orgânicos e enzimas para converter CO₂ e luz solar em formiato com alta eficiência. Essa composição lhe dá durabilidade, mas é marcante por ser totalmente não tóxica e funcionar sem combustíveis fósseis, abrindo caminho para uma indústria química mais verde.

O formiato – que pode ser de sódio ou de cálcio – é um composto versátil com vasta aplicação em diversas indústrias, de promotor de aderência no cimento e clareador de tecidos até como aditivo de alimentos e intermediário químico para a fabricação de outros produtos.

Esta é a primeira vez que semicondutores orgânicos são utilizados como componente de captação de luz, formando um sistema biohíbrido e abrindo caminho para uma nova geração de folhas artificiais ecológicas.

“Se quisermos construir uma economia circular e sustentável, a indústria química é um problema grande e complexo com que precisamos lidar,” disse o professor Erwin Reisner, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Precisamos encontrar maneiras de descarbonizar esse importante setor, que produz tantos produtos importantes de que todos precisamos. É uma grande oportunidade se conseguirmos fazer isso direito.”

A indústria química é responsável por cerca de 6% das emissões totais de carbono do mundo.

A eliminação dos compostos tóxicos elevou a folha artificial à categoria de folha semi-artificial.
[Imagem: Celine Wing See Yeung et al. – 10.1016/j.joule.2025.102165]

Folha semi-artificial

A inovação consiste em um dispositivo híbrido que combina polímeros orgânicos que absorvem luz e enzimas bacterianas para transformar luz solar, água e dióxido de carbono em formiato.

O uso de componentes orgânicos – à base de carbono e nitrogênio – fez com que a equipe colocasse sua célula em um novo patamar, chamando-a de “folha semi-artificial”. O objetivo, como sempre, é replicar a fotossíntese, o processo natural que as plantas usam para transformar a luz solar em energia, dispensando qualquer outro aporte de energia externa. Ao contrário de projetos anteriores, que dependiam de absorvedores de luz tóxicos ou instáveis, este novo modelo biohíbrido usa materiais não tóxicos, funciona com mais eficiência e permanece estável sem aditivos extras.

Os pesquisadores também conseguiram superar um desafio antigo: A maioria das folhas artificiais requer aditivos químicos, conhecidos como tampões, para manter as enzimas funcionando, mas eles costumam se degradar rapidamente e limitar a estabilidade da célula. Ao incorporar uma enzima auxiliar, a anidrase carbônica, em uma estrutura porosa de titânia (óxido de titânio), os pesquisadores conseguiram que sua folha semi-artificial funcionasse em uma solução simples de bicarbonato, semelhante à água com gás, sem aditivos prejudiciais à saúde.

Arquitetura das folhas semiartificiais bio-híbridas.
[Imagem: Celine Wing See Yeung et al. – 10.1016/j.joule.2025.102165]

Testes e melhorias

Nos testes de demonstração, a equipe usou a luz solar para converter dióxido de carbono em formiato e, em seguida, aplicou-o diretamente em uma reação dominó, para sintetizar um composto valioso usado em produtos farmacêuticos, alcançando alto rendimento e pureza.

Os pesquisadores agora vão se dedicar a otimizar o projeto, para prolongar a vida útil do dispositivo e adaptá-lo para que ele possa produzir diferentes tipos de produtos químicos.

“Nós demonstramos que é possível criar dispositivos movidos a energia solar que não sejam apenas eficientes e duráveis, mas também livres de componentes tóxicos ou insustentáveis,” disse Reisner. “Esta pode ser uma plataforma fundamental para a produção de combustíveis e produtos químicos verdes no futuro – é uma oportunidade real para realizar pesquisas químicas empolgantes e importantes.”