Considerado um dos combustíveis do futuro, por ser limpo e amigável ao meio ambiente, o gás Hidrogênio ainda tem o uso limitado pelo alto custo de produção, sendo normalmente produzido com catalisadores baseados em metais nobres, como a Platina.
Para reverter essa situação, um grupo de pesquisadores do Instituto de Química (Inqui) da UFMS assumiu o desafio e desenvolveu um novo catalisador com alta performance, barato e eficiente na produção de Hidrogênio a partir de materiais alternativos.
A pesquisa foi desenvolvida pelos professores do Inqui Gleison Casagrande e Gilberto Maia, com os pós-graduandos Guilherme Fortunato, Letícia Bezerra e Persiely Rosa e também teve a colaboração do professor Lucas Pizutti (UFGD).
Todos assinam o artigo “Electroreduction of CoII Coordination Complex Producing Metal-Organic Film with High Performance Toward Electrocatalytic Hydrogen Evolution”, recém-publicado em uma das melhores revistas especializadas em materiais no mundo, o Journal of Materials Chemistry (Fator de Impacto 9.93) da Royal Society of Chemistry.
Catalisador
O eletrocatalisador desenvolvido no Inqui utiliza como base o Cobalto, muito mais abundante e menos nobre do que outros metais como a Platina, o Ouro e o Paládio. Enquanto um grama da Platina fica por volta de R$ 3 mil, o catalisador metal-orgânico (nome dado ao conjunto pelos pesquisadores) sairia por R$ 1,60 o grama.
“Escolhemos trabalhar com um metal mais barato e uni-lo em um filme orgânico, o que barateia ainda mais a produção do catalisador. A mistura do metal ao orgânico acaba simulando uma enzima operando. O catalisador vai ser utilizado para a produção de Hidrogênio – pela combinação de elétrons com prótons em meio ácido”, expõe o professor Gilberto Maia.
“Este material inédito apresentou alta performance e estabilidade para a geração de gás Hidrogênio tanto em meio orgânico como em meio ácido forte”, explica o professor Gleison Casagrande.
A ideia é fazer o material funcionar no eletrolisador, convertendo a energia elétrica para a geração do Hidrogênio que pode posteriormente ser utilizado para produzir mais energia através da sua quebra (fornecendo energia novamente e fechando o ciclo).
“O Hidrogênio é um combustível extremamente limpo. Se eletrolisarmos a água teremos Hidrogênio e Oxigênio, e a combinação dos dois, por catalisador, recombinado novamente numa célula a combustível, pode ser utilizada para substituir a bateria do computador, até mesmo do motor de carro, com a produção de energia elétrica e a liberação de água“, diz Gilberto.
O gás combustível pode ser armazenado em tanque, como os de gás natural, podendo ser utilizado até mesmo por indústrias. Em países como Japão e Canadá já existem carros e na Alemanha, ônibus, movimentados por Hidrogênio. Da mesma forma, a energia solar poder ser convertida em elétrica e produzir esse gás.
O catalisador metal-orgânico foi totalmente desenvolvido pelo grupo, desde a síntese, estudos de caracterização, aplicação e até mesmo a produção de Hidrogênio. A durabilidade do processo é fundamental, segundo os pesquisadores.
Como teste, o catalisador foi imerso em acido sulfúrico, o mesmo utilizado em bateria, mas em concentração mais diluída, e passou por ciclagem em potenciais drásticos durante 50 horas. “Esse resultado é atribuído ao efeito sinérgico que existe entre a parte orgânica e a parte metálica, o que garante essa estabilidade”, aponta o professor Gleison.
Como algumas técnicas de produção de imagens em alta resolução não existem em Mato Grosso do Sul, os pesquisadores tiveram de adquirir os serviços de difração de raio-x, medidas de microscópio eletrônico de transmissão (MET), XPS e outros em São Carlos (SP).
“São todos equipamentos que não existem no MS, mas para publicação em revistas de alto padrão como a da Royal Society of Chemistry são exigidas essas técnicas de alta resolução”, diz o professor Gleison.
Pela metodologia utilizada, a eficiência faradaica (relação direta da energia gasta e a energia gerada) subestimada seria da ordem de 65%, considerado um valor excelente.
“Isso mostra o quão viável é o processo – visto que se gasta energia para gerar Hidrogênio, então a energia que o gás te devolve depois tem de ser o mais próximo possível da energia gasta. Em um quilowatt, 650 watts seriam armazenados com o Hidrogênio”, afirma o professor Gilberto.
Essa alta eficiência e o baixo custo do material desenvolvido, completa o professor Gleison, levará ao pedido de registro de proteção pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). “Iremos solicitar a propriedade intelectual por meio do depósito de patente deste e de novos materiais que estamos investigando. Não só o material é importante como também a metodologia de síntese desses materiais que é bastante interessante”.
Acesse aqui a publicação no Journal of Materials Chemistry.
Paula Pimenta
