Desenvolvidas duas novas formas de produzir hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/12/2022

A técnica também poderá ser usada para produzir combustíveis líquidos.
[Imagem: Bill Wellock/FSU]

Fotossíntese que produz hidrogênio

Uma equipe das universidades da Flórida e da Carolina do Sul, nos EUA, desenvolveu uma nova técnica de fotossíntese artificial.

A diferença é que, em vez de gerar carboidratos, como nas plantas, a técnica aproveita a energia luminosa do Sol para produzir um combustível, e um combustível muito especial: o hidrogênio.

"Um dos santos graais da pesquisa em energia alternativa é usar a luz do Sol para fazer ligações químicas que mais tarde possam ser usadas como combustível," disse o professor Ken Hanson. "Mas fazer ligações de alta energia é um trabalho árduo e difícil de fazer com um pacote de energia luminosa, ou um fóton."

A solução encontrada foi combinar duas moléculas - um catalisador fotorredox (ou seja, um catalisador que move elétrons com a luz) e naftol, um composto orgânico fluorescente - e então expô-las à luz. Cada molécula absorve um fóton, e então ambas atuam conjuntamente para gerar hidrogênio, imitando um processo conhecido como esquema Z na fotossíntese natural.

"Essa ideia geral está sendo perseguida em laboratórios de pesquisa em todo o mundo," disse Aaron Vannucci, coordenador da equipe. "O que torna nosso sistema único é a molécula que usamos para a reação de formação de ligação. Notavelmente, apesar de ser uma molécula simples e abundante, o naftol absorve luz, aceita elétrons e atua como catalisador para a produção de hidrogênio."

A eficiência do mecanismo parece modesta (5%) quando se tem em mente uma produção em nível industrial, mas é excelente para o campo da fotossíntese artificial. Além disso, a equipe está trabalhando para entender os detalhes de como o naftol gera hidrogênio sem a necessidade de catalisadores caros, como a platina, não apenas para melhorar a eficiência da conversão de energia, mas também para expandir sua utilidade para outras reações, produzindo outros combustíveis.

Esquema do reator que extrai hidrogênio usando ondas sônicas.
[Imagem: Yemima Ehrnst et al. - 10.1002/aenm.202203164]

Hidrogênio com ondas sônicas

Yemima Ehrnst e colegas da Universidade RMIT, na Austrália, não inventaram um novo método de produção de hidrogênio: Eles melhoraram o método tradicional.

E melhoraram muito: Nada menos do que 14 vezes.

Usando vibrações de alta frequência, geradas por ondas sonoras, eles adotaram uma abordagem de "dividir e conquistar" as moléculas de água individuais durante a eletrólise. Quando as moléculas de água são quebradas pelas ondas sônicas, elas liberam 14 vezes mais hidrogênio do que as técnicas de eletrólise padrão.

A eletrólise envolve passar eletricidade pela água usando dois eletrodos, para dividir as moléculas de água nos gases oxigênio e hidrogênio, que aparecem como bolhas ao lado de cada eletrodo.

"Com as ondas sonoras tornando muito mais fácil extrair hidrogênio da água, nós eliminamos a necessidade de usar eletrólitos corrosivos e eletrodos caros, como platina ou irídio. Como a água não é um eletrólito corrosivo, podemos usar materiais de eletrodo muito mais baratos, como a prata," disse o professor Amgad Rezk.

As ondas sônicas têm o benefício adicional de não permitir que as bolhas dos dois gases se acumulem nos eletrodos, o que diminui o rendimento da eletrólise.

Embora seja possível extrair o hidrogênio usando eletricidade produzida por fontes renováveis, como solar e eólica, a equipe garante que o ganho obtido com sua técnica pode viabilizar o uso de eletricidade de qualquer origem, já que o sistema apresenta um ganho líquido de energia de 27%.

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