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Neste diagrama, o vírus M13 consiste em uma fita de DNA (o formato de 8 à direita) acoplado a um conjunto de proteínas chamadas peptídeos - o vírus recobre as proteínas (em forma de saca-rolhas, no centro), que se ligam aos nanotubos de carbono (cilindros cinza), mantendo-os no lugar. Um revestimento de dióxido de titânio (esferas amarelas) ligado às moléculas de corante (esferas rosa) envolve o conjunto. [Imagem: Matt Klug/Biomolecular Materials Group] |
Cientistas conseguiram uma melhoria significativa na eficiência das células solares com a ajuda de um personagem inusitado: um vírus.
Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, estavam explorando o fato já conhecido de que osnanotubos de carbono podem melhorar a eficiência das células solares na conversão da luz em energia elétrica.
Embora demonstrado em escala de laboratório, o uso dos nanotubos de carbono é dificultado por dois problemas.
O primeiro é que o processo de fabricação dos nanotubos gera uma mistura de dois tipos deles, alguns que funcionam como semicondutores - ora deixam passar a corrente, ora não - e alguns que funcionam como metais - que sempre permitem a passagem da corrente elétrica.
A nova pesquisa demonstrou pela primeira vez que os efeitos dos dois tipos de nanotubos tendem a ser diferentes, com os nanotubos semicondutores melhorando o desempenho das células solares e os nanotubos metálicos apresentando o efeito oposto.
Vírus M13
O segundo problema é que os nanotubos tendem a se aglomerar assim que se formam, o que reduz sua eficiência - o processo de fabricação tende a formar algo mais parecido com uma moita de bambus do que bambus individuais.
É aí que entrou o vírus, resolvendo o problema da aglomeração dos nanotubos.
Xiangnan Dang e seus colegas descobriram que uma versão geneticamente modificada de um vírus conhecido como M13, que geralmente infecta bactérias, pode ser usada para controlar o arranjo dos nanotubos em uma superfície, mantendo-os isolados.
Com isto, os nanotubos não grudam uns nos outros e não causam curtos-circuitos dentro da célula solar.
Ganho de eficiência
Nos testes, a estrutura de nanotubos otimizada pelo vírus aumentou a eficiência da célula solar de 8% para 10,6% - um aumento de quase um terço.
O conjunto de nanotubos e vírus representou um acréscimo de peso da célula solar de aproximadamente 0,1%.
O grupo usou um tipo de célula solar de baixo custo, conhecida como DSC ("Dye-sensitized Solar Cells" - células solares sensibilizadas por corante).
Nesta célula solar, a camada ativa, que converte a luz em eletricidade, é composta por dióxido de titânio, e não silício, como nas células solares cristalinas tradicionais.
Mas os cientistas afirmam que a técnica poderá ser aplicada em outros tipos de células solares, incluindo as cristalinas, feitas de silício, as orgânicas e até as células solares feitas de pontos quânticos.
Papel do vírus
Os vírus realizam duas funções diferentes no sistema.
Primeiramente, eles fazem com que pequenas proteínas (peptídeos) se unam fortemente aos nanotubos, mantendo-os separados uns dos outros e fixando-os na superfície da célula solar.
Cada vírus é capaz de segurar de cinco a dez nanotubos, cada um dos quais é mantido no lugar por cerca de 300 peptídeos de cada M13.
Em segundo lugar, os vírus foram induzidos geneticamente a produzir um filme de dióxido de titânio, o ingrediente fundamental das células solares utilizadas na pesquisa, sobre cada um dos nanotubos de carbono.
Isso aproxima o dióxido de titânio dos nanotubos, que funcionam como fios para transportar os elétrons, facilitando o transporte das cargas geradas.
As duas funções são desempenhadas pelos mesmos vírus, em processos sucessivos, o que é alcançado alterando-se a a acidez do meio. Esta possibilidade de "chaveamento" das funções do vírus é uma ferramenta importante, tendo sido agora demonstrada pela primeira vez.
Papel dos nanotubos de carbono
Os nanotubos de carbono, por sua vez, otimizam um passo específico do processo de conversão da luz em eletricidade.
Em uma célula solar, o primeiro passo consiste em aproveitar a energia dos fótons para arrancar elétrons do material da célula - normalmente é usado o silício; no caso da célula utilizada neste experimento, este material é o dióxido de titânio.
Então, esses elétrons devem ser direcionados para um coletor, a partir do qual eles formam uma corrente elétrica, que flui para uma bateria ou diretamente para alimentar um equipamento.
Depois disso, eles retornam para o material por meio do outro eletrodo, e o ciclo se reinicia.
Os nanotubos revestidos com dióxido de titânio otimizam sobretudo este segundo passo, ajudando os elétrons a encontrar seu caminho para fora da célula solar.
Energia, vírus e DNA
Há cerca de dois meses, outro grupo de pesquisadores descobriu uma forma de usar moléculas de DNA para fazer com que células solares orgânicas, também utilizando nanotubos de carbono, se regenerem e não percam eficiência ao longo de sua vida útil:
Os vírus M13 geneticamente modificados também já foram usados em outros experimentos na área de energia e fotossíntese artificial:
- Vírus transformam roupas em baterias recarregáveis de última geração
- Fotossíntese artificial: vírus é usado para quebrar molécula de água
Bibliografia:
Xiangnan Dang, Hyunjung Yi, Moon-Ho Ham, Jifa Qi, Dong Soo Yun, Rebecca Ladewski, Michael S. Strano, Paula T. Hammond, Angela M. Belcher
Nature Nanotechnology
24 April 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.50
Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br
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