Óxidos que inalam metano e exalam hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/06/2003

Um grupo único de óxidos que incorpora ou expulsa espontaneamente átomos de oxigênio, dependendo da temperatura ambiente, poderá ser a base para um sistema de produção de hidrogênio em pequena escla, permitindo o abastecimento de células de combustível a hidrogênio em residências e até mesmo em veículos.

Os cientistas já sabem há muito tempo que óxidos de terras raras, dos elementos cério (Ce), térbio (Tb) e praseodímio (Pr), podem produzir hidrogênio a partir de vapor d'água e metano, em ciclos contínuos de "inalação" e "exalação". gora, dopando átomos de ferro com os óxidos de terras raras, pesquisadores do Georgia Institute of Technology (Estados Unidos) conseguiram baixar as temperaturas nas quais essas "bombas de oxigênio" produzem hidrogênio, potencialmente viabilizando que o processo se dê abastecido com energia solar. A descoberta foi publicada na revista Advanced Materials (15-2003, pp 521-526).

"Este é um novo enfoque para se produzir hidrogênio que tem várias vantagens comparado com as tecnologias tradicionais," disse Zhong L. Wang, um dos autores da pesquisa. "Para algumas aplicações, particularmente estas em casa, isto poderá significar uma forma alternativa para fornecer combustível para células de combustível a hidrogênio em pequena escala."

Os processos tradicionais de reforma utilizam catalisadores metálicos em temperaturas acima de 800º C, produzindo hidrogênio a partir de hidrocarbonetos como o metano. Embora o processo seja eficiente em escala industrial, ele não é ideal para produções em pequena escala, necessárias para abastecimento de células de combustível a hidrogênio em residências e veículos. Por operar em baixas temperaturas, o novo sistema à base de óxidos de terras raras poderá ser uma alternativa viável, uma vez que o processo exige menos energia e menor quantidade de água.

O sistema tira vantagem da estrutura cristalina única dos três óxidos de terras raras, estrutura esta que permite que até 20% dos átomos de oxigênio deixem a rede sem causar danos estruturais. Isto permite a geração de ciclos de entrada e saída de átomos de oxigênio da estrutura através de uma seqüência de processos de oxidação e redução, o primeiro utilizando metano e o segundo vapor d'água. Os dois processos produzem hidrogênio.

A temperatura para retirar o oxigênio do material é menor do que a exigida nos processos tradicionais, mas ainda elevada, ao redor de 700º C. Nesse processo, o carbono do metano é oxidado, gerando óxido de carbono e hidrogênio. A etapa seguinte, quando o oxigênio do vapor d'água é retirado para refazer a estrutura do óxido, dá-se a temperatura bem mais baixa, ao redor de 375º C.

Os pesquisadores esperam baixar ainda mais estas temperaturas, "afinando" o conteúdo de ferro no óxido e entendendo melhor a relação entre a eficência da reação e a temperatura.

No experimento, a produção de hidrogênio foi medida direcionando o produto resultante das reações para um célula de combustível de membrana de prótons. O fluxo de corrente elétrica vinda da célula de combustível serviu como medida da produção de hidrogênio em diversas temperaturas e com diferentes níveis de dopagem dos óxidos.