Célula de combustível de hidrogênio fica barata com catalisador de ferro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/05/2022

A célula de combustível com catalisador de ferro sendo testada no laboratório.
[Imagem: Imperial College London]

Ferro como catalisador

Pesquisadores desenvolveram uma célula de combustível que usa ferro como catalisador, um elemento de custo muito baixo, eventualmente viabilizando um maior uso dessa tecnologia.

As células de combustível convertem um combustível, tipicamente hidrogênio, diretamente em eletricidade, sem combustão, emitindo apenas vapor de água como subproduto, o que as torna uma alternativa verde atraente para geração de energia, incluindo para veículos.

No entanto, seu uso generalizado tem sido dificultado em parte pelo custo de um dos seus principais componentes, um catalisador feito de platina, um metal que é caro e escasso.

Agora, Asad Mehmood e seus colegas do Imperial College de Londres criaram um catalisador usando apenas ferro, carbono e nitrogênio - materiais baratos e prontamente disponíveis - e demonstraram que ele pode ser usado para operar uma célula de combustível em alta potência.

"Atualmente, cerca de 60% do custo de uma célula de combustível é a platina para o catalisador. Para tornar as células de combustível uma alternativa realmente viável aos veículos movidos a combustível fóssil, por exemplo, precisamos reduzir esse custo. O projeto do nosso catalisador deve tornar isso uma realidade e permitir a implantação de sistemas de energia significativamente mais renováveis, que usam hidrogênio como combustível, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa e colocando o mundo no caminho rumo a emissões líquidas zero," disse o professor Anthony Kucernak, coordenador da equipe.

A técnica do catalisador de átomo único será útil em outras aplicações.
[Imagem: Asad Mehmood et al. - 10.1038/s41929-022-00772-9]

Catalisador de átomo único

A inovação da equipe consistiu em produzir um catalisador no qual todo o ferro é disperso como átomos únicos dentro de uma matriz de carbono eletricamente condutora. O ferro na forma de átomos únicos tem propriedades químicas diferentes - ele fica mais reativo - de um pedaço sólido de ferro, no qual todos os átomos estão agrupados.

Essas propriedades significam que o ferro aumenta as reações necessárias na célula de combustível, atuando como um bom substituto para a platina. Nos testes de laboratório, a equipe mostrou que um catalisador de ferro de átomo único tem desempenho próximo ao de catalisadores à base de platina em um sistema de célula de combustível real.

Além de produzir um catalisador mais barato para células de combustível, o método que a equipe desenvolveu pode ser adaptado para outros catalisadores para outros processos, como reações químicas usando oxigênio atmosférico como reagente, em vez de oxidantes químicos caros, e no tratamento de águas residuais, usando ar para remover contaminantes nocivos.

"Desenvolvemos uma nova abordagem para fazer uma série de catalisadores de 'átomo único' que oferecem uma oportunidade para permitir uma série de novos processos químicos e eletroquímicos. Especificamente, usamos um método sintético único, chamado transmetalação, para evitar a formação de aglomerados de ferro durante a síntese. Esse processo deve ser benéfico para outros cientistas que desejam preparar um tipo semelhante de catalisador," disse Mehmood.

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