Fotossíntese Artificial: Capturar e armazenar a energia da luz solar para produzir combustível solar

De Fouad Sabry

O que é fotossíntese artificial

A fotossíntese sintética é um processo químico que replica o processo natural da fotossíntese, transformando luz solar, água e dióxido de carbono em carboidratos e oxigênio. Este processo também é conhecido como fotossíntese artificial. O processo de capturar e armazenar a energia da luz solar nas ligações químicas de um combustível é geralmente referido como "fotossíntese artificial", e a palavra é geralmente usada de forma intercambiável com a frase. A separação fotocatalítica da água, muitas vezes conhecida como fotossíntese artificial, é o processo de conversão de água em hidrogênio e oxigênio pelo uso da luz. Outra abordagem que foi pesquisada para duplicar o processo natural de fixação de carbono é chamada de redução de dióxido de carbono impulsionada pela luz.

Como você se beneficiará

(I ) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Fotossíntese artificial

Capítulo 2: Hidrogênio

Capítulo 3: Fotohidrogênio

Capítulo 4: Célula fotoeletroquímica

Capítulo 5: Divisão da água

Capítulo 6: Fotocatálise

Capítulo 7: Hidrogenase

Capítulo 8: Química solar

Capítulo 9: Metabolismo microbiano

Capítulo 10: Produção de hidrogênio

Capítulo 11: Biohidrogênio

Capítulo 12: Evolução do oxigênio

Capítulo 13: Dioxigênio em reações biológicas

Capítulo 14: Biocélula a combustível enzimática

Capítulo 15: Daniel G. Nocera

Capítulo 16: Divisão fotocatalítica da água

Capítulo 17: Craig L. Hill

Capítulo 18: Combustível solar

Capítulo 19: Fotogeoquímica

Capítulo 20: Catálise de oxidação da água

Capítulo 21: Bion ic Leaf

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre fotossíntese artificial.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de fotossíntese artificial em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias da fotossíntese artificial.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, hobistas e aqueles que desejam ir além do conhecimento básico ou da informação para qualquer tipo de fotossíntese artificial.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 10 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Fotossíntese Artificial Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a rubrica Fotossíntese Artificial: Capturar e armazenar a energia da luz solar para produzir combustível solar, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Fotossíntese Artificial, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e depois rapidamente reproduz todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Fotossíntese Artificial.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Fotossíntese Artificial, feita por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno da Fotossíntese Artificial, revelando perguntas e consultas que eu não pensaria necessariamente do topo da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre a Fotossíntese Artificial. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A fotossíntese sintética é um processo químico que replica o processo natural de fotossíntese transformando a luz solar, a água e o dióxido de carbono em hidratos de carbono e oxigénio. Este processo também é conhecido como fotossíntese artificial. O processo de captura e armazenamento da energia da luz solar nas ligações químicas de um combustível é geralmente referido como fotossíntese artificial, e a palavra é geralmente usada intercambiavelmente com a frase. A divisão de água fotocalítica, muitas vezes conhecida como fotossíntese artificial, é o processo de conversão da água em hidrogénio e oxigénio através do uso da luz. Outra abordagem que foi pesquisada para duplicar o processo natural de fixação de carbono é a redução do dióxido de carbono leve.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Fotossíntese artificial

Capítulo 2: Hidrogénio

Capítulo 3: Fotohidrogénio

Capítulo 4: Célula fotoelectróquimica

Capítulo 5: Divisão de água

Capítulo 6: Fotocatálise

Capítulo 7: Hidrogenase

Capítulo 8: Química solar

Capítulo 9: Metabolismo microbiano

Capítulo 10: Produção de hidrogénio

Capítulo 11: Biohidrogénio

Capítulo 12: Evolução do oxigénio

Capítulo 13: Dioxygen em reações biológicas

Capítulo 14: Célula de biocombustível enzimática

Capítulo 15: Daniel G. Nocera

Capítulo 16: Divisão de água fotocatáltica

Capítulo 17: Craig L. Hill

Capítulo 18: Combustível solar

Capítulo 19: Fotogeoquímica

Capítulo 20: Catálise da oxidação da água

Capítulo 21: Folha Biónica

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Fotossíntese artificial

A fotossíntese sintética é um processo químico que replica o processo natural de fotossíntese transformando a luz solar, a água e o dióxido de carbono em hidratos de carbono e oxigénio. Este processo também é conhecido como fotossíntese artificial. O processo de captura e armazenamento da energia da luz solar nas ligações químicas de um combustível é muitas vezes referido como fotossíntese artificial, e a frase é geralmente usada para se aplicar a qualquer sistema (um combustível solar). A divisão de água fotocalítica, muitas vezes conhecida como fotossíntese artificial, é o processo de conversão da água em hidrogénio e oxigénio através do uso da luz. Outra técnica que está a ser pesquisada que é semelhante à fixação natural do carbono é chamada redução de dióxido de carbono leve.

A conceção e montagem de dispositivos para a produção direta de combustíveis solares, fotoelelectroquímica e sua aplicação em células de combustível, e a engenharia de enzimas e microrganismos fotoautotróficos para a produção de biocombustível microbiano e biohidrogénio da luz solar são todos exemplos dos tipos de investigação que se enquadram sob a alçada deste campo.

Oxidação e redução são duas meias reações que podem ser separadas da reação fotossintética. Ambas as reações são necessárias para a produção de combustível. Durante o processo de fotossíntese, as moléculas de água são oxidadas pela luz, o que resulta na libertação de oxigénio e protões. O ciclo Calvin-Benson é o nome dado ao processo independente da luz que ocorre durante a segunda fase da fotossíntese nas plantas. Esta reação transforma o dióxido de carbono em glicose (combustível). Os fotocatias que são capazes de realizar ambos os processos estão agora a ser desenvolvidos por investigadores que trabalham em fotossíntese artificial. Além disso, os protões criados como um subproduto da divisão da água podem ser utilizados na geração de hidrogénio. Estes catalisadores precisam de ser capazes de responder rapidamente e absorver uma parte significativa dos fotões solares que são incidentes sobre eles.

A fotovoltaica, por outro lado, pode obter a sua energia diretamente do sol, a ineficiência de produzir combustível a partir da energia solar (processo indireto) e o facto de a luz solar não ser consistente ao longo do dia são dois fatores que colocam uma restrição ao uso desta tecnologia.

A criação de biocombustíveis é uma utilização da fotossíntese natural que pode ser considerada, é uma forma rotunda de dizer que não é muito eficiente na conversão de um tipo de energia para outro (devido ao facto de a fotossíntese em si não ser muito boa para transformar a luz solar em biomassa), a despesa incorrida para a recolha e o transporte do combustível,  bem como as tensões resultantes da necessidade crescente de massa de terra para a produção agrícola.

A produção de um combustível a partir do sol que pode ser facilmente armazenado e utilizado durante períodos de tempo em que a luz solar não é acessível é o objetivo da fotossíntese artificial, através do uso de processos diretos, ou seja, para fazer um combustível solar.

Como resultado da invenção de catalisadores capazes de recriar os componentes essenciais da fotossíntese, no final, as únicas fontes que seriam necessárias para a criação de energia limpa seriam a água e o sol.

Só o oxigénio seria produzido como subproduto, além disso, a criação de combustível solar pode um dia ser menos dispendiosa do que a produção de gasolina.

Além disso, prevê-se que seja um dos métodos mais, se não o mais importante, que são eficientes e eficazes para extrair hidrogénio da água.

Uma das tecnologias mais promissoras agora em fase de desenvolvimento é aquela que converterá a energia solar em hidrogénio através de um processo chamado divisão de água que será ajudado por catalisadores fotoemicodtores.

Ao utilizar esta técnica, existe a possibilidade de produzir enormes quantidades de hidrogénio de uma forma que seja gentil com o ambiente.

A conversão da energia solar num combustível limpo (H2) em condições ambientais é um dos maiores desafios que os cientistas enfrentam no século XXI.

Os sistemas homogéneos são aqueles em que os