Publicado em 06 de dezembro de 2023, um estudo inovador revela o desenvolvimento de um supercapacitor compacto totalmente baseado em plantas (APCSC), incorporado em aloes vivos. Este avanço representa uma conquista significativa na engenharia de bioeconomia, destacando-se pela sua capacidade elétrica notável de 182.5 mF cm−2, superando todos os micro-supercapacitores baseados em biomassa já relatados.
Este dispositivo sustentável, diferenciando-se dos dispositivos de armazenamento de energia baseados em biomassa (BESDs) convencionais, evita o uso de aditivos químicos exógenos, mantendo a biodegradabilidade e a biocompatibilidade. A inovação reside no uso integral da biomassa da planta, tanto para o eletrólito quanto para os eletrodos, promovendo um sistema energeticamente eficiente e ambientalmente amigável.
Processo de Fabricação e Materiais: O APCSC foi criado utilizando folhas de aloe vera, tratadas com nitrogênio líquido e liofilizadas para produzir um gel aerogelado, que funciona como separador. O carvão ativado de aloe, derivado da casca da planta, atua como eletrodo. Este método não apenas aproveita os recursos naturais da planta, mas também garante a integridade e o crescimento normal do aloe após a implantação do supercapacitor.
As características técnicas do APCSC são notáveis: o dispositivo apresenta uma área de superfície de 572.8 m2 g−1, graças ao carvão de aloe, que possui uma estrutura porosa hierárquica. Esta estrutura facilita a difusão de íons e aumenta a capacitância de dupla camada elétrica. Além disso, os materiais de carbono ativado incluem óxidos metálicos (como CaO, MgO e CaS), que contribuem para a capacidade do dispositivo.
Desempenho e Impacto na Planta: A performance do APCSC, quando implantado em aloes, foi avaliada através de testes eletroquímicos rigorosos. A capacidade de manter uma alta capacitância elétrica sem prejudicar as atividades vitais da planta é um aspecto crucial. Os testes demonstraram que a implantação do APCSC não altera significativamente a taxa de fotossíntese, concentração de CO2 intercelular ou taxa de transpiração da planta. Além disso, o conteúdo de enzimas antioxidantes manteve-se dentro de faixas normais, indicando um estresse mínimo sobre a planta.
Os resultados são expressivos tanto do ponto de vista da engenharia quanto da biologia: o supercapacitor não só apresenta uma alta densidade de energia de 25.3 µWh cm−2 e uma densidade de potência de cerca de 5.6 mW cm−2, mas também mantém uma relação simbiótica com a planta hospedeira. Este equilíbrio entre desempenho energético e sustentabilidade biológica abre novos caminhos para aplicações práticas em ambientes extremos.
Aplicações e Perspectivas Futuras: A capacidade de construir APCSCs em uma variedade de suculentas, incluindo cactos, amplia enormemente seu potencial de aplicação. Estas e-plantas podem funcionar como fontes de energia em condições extremas, como desertos, oferecendo uma solução inovadora para desafios de fornecimento de energia em situações de emergência.
Este trabalho não apenas representa um avanço significativo para o potencial da bioeconomia e da engenharia sustentável, mas também serve como um modelo para futuras pesquisas e desenvolvimentos na interseção da tecnologia com a biologia. A integração de sistemas de armazenamento de energia em plantas vivas oferece uma nova perspectiva sobre o aproveitamento de recursos naturais para soluções energéticas eficientes e respeitosas ao meio ambiente.
Em suma, a criação do APCSC ilustra o potencial das plantas não apenas como elementos do ecossistema natural, mas como componentes fundamentais em sistemas energéticos inovadores e sustentáveis. Este estudo é um marco na engenharia de bioeconomia, abrindo caminho para futuras inovações que combinam sustentabilidade, eficiência energética e respeito ao meio ambiente.
C. Gao, Y. Gu, Q. Liu, W. Lin, B. Zhang, X. Lin, H. Wang, Y. Zhao, e L. Qu, “All Plant-Based Compact Supercapacitor in Living Plants,” _Small_, vol. 23, no. 07400, pp. 1-10, Dec. 2023. [Online]. Disponível: https://doi.org/10.1002/smll.202307400
