(matéria publicada no Site Inovação Tecnológica em novembro de 2016)

Uma maneira de estimular enzimas retiradas de bactérias fixadoras de nitrogênio permitiu produzir amônia usando simplesmente luz.

Todos os seres vivos necessitam de nitrogênio para viver, mas o mundo depende de apenas dois processos conhecidos para quebrar as ligações ultrafortes do nitrogênio para permitir sua conversão em uma forma que humanos, animais e plantas conseguem absorver.

Um deles é um processo bacteriano natural que permitiu o desenvolvimento da agricultura. O outro é um processo artificial conhecido como Haber-Bosch, inventado há pouco mais de um século, que revolucionou a produção de fertilizantes químicos e estimulou o crescimento sem precedentes da oferta global de alimentos.

Agora, Katherine Brown e seus colegas da Universidade do Estado de Utah, nos EUA, desenvolveram um processo acionado por luz que poderá, uma vez mais, revolucionar a agricultura, reduzindo a dependência dos combustíveis fósseis para aumentar a produção de alimentos.

Na imagem acima, os cristais semicondutores, que também são utilizados para fabricar células solares, liberam a quantidade exata de energia para acelerar a produção de amônia. [Imagem: Al Hicks/NREL]

Amônia com luz solar

A quebra do nitrogênio exige altas temperaturas e pressões, que são geralmente criadas utilizando-se combustíveis fósseis. Bactérias fixadoras de nitrogênio excretam enzimas (nitrogenases) que podem facilitar a reação à temperatura ambiente, usando trifosfato de adenosina (ATP). Contudo, mesmo para as bactérias fixadoras de nitrogênio, este processo envolve grandes quantidades de ATP e uma série de oito etapas diferentes para finalmente produzir a amônia.

Katherine Brown foi buscar uma saída em nanocristais semicondutores que respondem fortemente à luz, liberando energia que otimiza a reação química.

Ela descobriu que, sob a ação da luz, nanobastões de sulfeto de cádmio liberam a quantidade exata de elétrons para uma parte do complexo da enzima nitrogenase, permitindo uma taxa de produção de amônia equivalente a 64% do processo biológico natural de oito etapas usando ATP.

Se puder ser ampliada para uma produção em larga escala, essa técnica poderá levar ao desenvolvimento de um sistema de produção de amônia ambientalmente mais correto, deixando de lado os combustíveis fósseis e usando a luz solar, por exemplo.

Além disso, a produção energeticamente eficiente de amônia não é importante apenas para suprir fertilizantes para a produção de alimentos, mas também para o desenvolvimento de tecnologias que permitam o uso de combustíveis ambientalmente mais limpos, incluindo as células de combustível para armazenar a luz solar.

Bibliografia:
Light-driven dinitrogen reduction catalyzed by a CdS:nitrogenase MoFe protein biohybrid
Katherine A. Brown, Derek F. Harris, Molly B. Wilker, Andrew Rasmussen, Nimesh Khadka, Hayden Hamby, Stephen Keable, Gordana Dukovic, John W. Peters, Lance C. Seefeldt, Paul W. King
Science
Vol.: 352 ISSUE 6284 448-450
DOI: 10.1126/science.aaf2091