Micro-reatores gerarão hidrogênio para células a combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2003

Pesquisadores do Georgia Institute of Technology (Estados Unidos) vão construir micro-células a combustível para a NASA, alimentadas por hidrogênio. A geração de hidrogênio estará integrada às micro-células através de micro-reatores que funcionarão pelo método de catálise heterogênea. Todo o desenvolvimento se baseará na tecnologia MEMS ("MicroEletroMechanical Systems"). A pesquisa é uma das 21 propostas contempladas pela agência espacial americana com um financimento de U$9 milhões, divulgado na semana passada.

A pesquisa já está em andamento e deverá ser impulsionada com o novo financiamento. O esforço envolve o projeto, fabricação e análise teórica e experimental dos MEMS. O micro-reator gerador de hidrogênio opera por catálise heterogênea e atua no modo de fluxo reverso, com variação na composição e temperatura de entrada. Sua superfície cataliticamente ativa é estruturada por padrões gerados por fractais.

Estes micro-reatores catalíticos são uma das tecnologias mais promissoras para a geração distribuída de energia, podendo encontrar aplicações não apenas na indústria aeroespacial, mas também da própria geração de energia e nas indústrias química, farmacêutica e automobilística. O enfoque é inovador, unificando a geração de hidrogênio a partir de combustíveis derivados do petróleo e sua separação e armazenamento no próprio local, para utilização pelas células a combustível PEFC ("Polymer Electrolyte Fuel Cell": células a combustível de eletrodos poliméricos), de baixa temperatura.

O custo de sistemas de catálise heterogênea, como as células a combustível eletroquímicas, dependem primariamente da quantidade de elemento catalisador ativo empregado em sua construção. Esse elemento normalmente é feito de ligas especiais ou metais nobres, como a platina. A solução para esse problema tem girado em torno da busca por materiais alternativos de menor custo. Os pesquisadores do Georgia Tech utilizaram um enfoque alternativo, alterando a estruturação da superfície catalisadora, feita com os caros materiais tradicionais. Esta estruturação foi possível graças ao desenvolvimento de um programa de computador que consegue simular todo o funcionamento da célula.

Embora, intuitivamente, a diminuição na superfície ativa do catalisador devesse resultar em uma redução equivalente no rendimento e na eficiência da reação, as simulações conduzidas pelos pesquisadores mostraram que isso não acontece. Como resultado, os cientistas descobriram que a superfície e, por decorrência, o catalisador, poderiam ser drasticamente reduzidos, mas mantendo-se o rendimento da reação. Isso é possível com a utilização de fractais para a distribuição do material catalisador sobre a superfície.

Os resultados mostraram que a introdução de singularidades periódicas na superfície permitiu a redução de 76% do material catalisador, com uma redução de apenas 2,25% na taxa de conversão química. O efeito da estruturação por fractais é mais significativa em sistemas de escala micrométrica ou nanométrica, dirigindo então a pesquisa para o desenvolvimento de micro-reatores e micro-células a combustível. As pequenas dimensões dos MEMS chamaram a atenção da NASA por permitirem o fornecimento de energia para veículos e sondas espaciais por meio de equipamentos diminutos em termos de espaço necessário para sua instalação e de peso.