Um estudo publicado em Catálise ACS por pesquisadores do Universidade de Liverpool descreve avanços em biologia de engenharia e energia sustentável.
A equipe desenvolveu um nanorreator híbrido movido a luz que integra eficiência pure com precisão sintética para produzir hidrogênio, uma fonte de energia limpa e sustentável.
O estudo introduz uma nova abordagem à fotocatálise synthetic, abordando um desafio importante na utilização da energia photo voltaic para a produção de combustível. Embora os sistemas fotossintéticos naturais tenham evoluído para otimizar a captura da luz photo voltaic, os sistemas sintéticos enfrentaram dificuldades para alcançar uma eficiência comparável.
O nanorreator híbrido combina componentes biológicos e sintéticos. Especificamente, ele integra invólucros de α-carboxissomos recombinantes – microcompartimentos derivados de bactérias – com um semicondutor orgânico microporoso.
As conchas do carboxossomo protegem as enzimas hidrogenases, que são altamente eficientes na produção de hidrogênio, mas são vulneráveis à desativação pelo oxigênio. O encapsulamento garante que as enzimas permaneçam ativas e eficazes.
O professor Luning Liu, presidente de Bioenergética Microbiana e Bioengenharia da Universidade de Liverpool, trabalhou em colaboração com o professor Andy Cooper do Departamento de Química e Diretor da Fábrica de Inovação de Materiais da Universidade.
Suas equipes projetaram um semicondutor orgânico microporoso que atua como uma antena captadora de luz. Este materials captura a luz visível e transfere os excitons resultantes para o biocatalisador, possibilitando a produção de hidrogênio.
Ao imitar as intrincadas estruturas e funções da fotossíntese pure, criamos um nanorreator híbrido que combina a ampla absorção de luz e a eficiência de geração de excitons de materiais sintéticos com o poder catalítico de enzimas biológicas. Esta sinergia permite a produção de hidrogénio utilizando a luz como única fonte de energia.
Luning Lu, professor da Universidade de Liverpool
O estudo tem implicações significativas e pode reduzir a dependência de metais preciosos caros como a platina, oferecendo uma alternativa mais econômica aos fotocatalisadores sintéticos convencionais, mantendo uma eficiência comparável.
Esta inovação fornece uma base para a produção sustentável de hidrogénio e pode ser aplicada a uma série de outros processos biotecnológicos.
Tem sido fantástico colaborar entre as faculdades universitárias para entregar esses resultados. As descobertas emocionantes do estudo abrem portas para a fabricação de nanorreatores biomiméticos com amplas aplicações em energia limpa e engenharia enzimática, contribuindo para um futuro neutro em carbono.
Andy Cooper, professor e diretor, Fábrica de Inovação de Materiais, Universidade de Liverpool
Referência do periódico:
Yang, J., et. al. (2024) Nanorreator Híbrido Acionado por Luz Aproveitando a Sinergia de Carboxissomos e Estruturas Orgânicas para Produção Eficiente de Hidrogênio. Catálise ACS. doi.org/10.1021/acscatal.4c03672