Novo catalisador: produção sustentável de hidrogênio usa potencial da água sem metais raros

São PauloCientistas desenvolveram um novo catalisador para produzir hidrogênio verde. Os métodos tradicionais utilizam metano, um tipo de combustível fóssil, e liberam muito dióxido de carbono, prejudicando o meio ambiente. Uma alternativa melhor é a eletrólise da água, especialmente quando usa energia renovável. No entanto, isso exige catalisadores eficazes para separar a água em hidrogênio e oxigênio. Normalmente, isso requer elementos raros como platina e irídio.

A tecnologia de membrana de troca de prótons (PEM) é uma maneira promissora de realizar a eletrólise da água devido à sua capacidade de alcançar altas taxas de eficiência energética. No entanto, os sistemas PEM atualmente dependem de irídio para seus catalisadores de ânodo. O irídio é raro e caro, dificultando a produção em larga escala de hidrogênio verde. Recentemente, um grupo de cientistas avançou na busca por alternativas ao irídio. Eles desenvolveram um novo catalisador que utiliza as propriedades da água para garantir estabilidade e eficácia na produção de hidrogênio verde. Este catalisador não depende de irídio.

A equipe de pesquisa é composta por membros do ICFO, incluindo Ranit Ram, Dr. Lu Xia, Dr. Anku Guha, Dr. Viktoria Golovanova, Dr. Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das, e Adrián Pinilla-Sánchez, sob a liderança do Prof. F. Pelayo García de Arquer. Outros integrantes vêm do Instituto de Pesquisa Química da Catalunha (ICIQ), do Instituto Catalão de Ciência e Tecnologia (ICN2), do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França (CNRS), da Diamond Light Source e do Instituto de Materiais Avançados (INAM).

Catalisadores que não são de irídio enfrentam um grande problema: degradam-se em condições muito ácidas. Os óxidos de irídio, por outro lado, são estáveis e eficientes, motivo pelo qual são amplamente utilizados. Já foram feitas tentativas para usar outros materiais como óxidos de manganês e cobalto, mas estes geralmente não suportam os altos níveis de corrente necessários para uso industrial.

O novo método utiliza óxido de cobalto-tungstênio (CoWO4 ou CWO) e envolve um processo de delaminação. Durante esse processo, os óxidos de tungstênio (WO4 2-) são substituídos por água (H2O) e grupos hidroxila (OH-). Esse ambiente básico facilita a integração da água na estrutura do catalisador.

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Os pesquisadores utilizaram diversos métodos, como espectroscopias de infravermelho, Raman e raios-x, para analisar o novo material em funcionamento. Descobriram que a água aprisionada e os grupos hidroxila eram fundamentais para a atividade e estabilidade do material. A modelagem do Dr. Hind Benzidi revelou que a água aprisionada ajudava a manter o catalisador estável em condições ácidas.

O catalisador CoWO4 tratado foi testado em um reator PEM. Ele conseguiu fornecer uma densidade de corrente de 1 A/cm² e manteve-se estável por mais de 600 horas, mesmo em altas densidades de corrente.

O novo catalisador funciona muito melhor em comparação com os antigos que não utilizavam irídio. A equipe acredita que adicionar água e grupos hidroxila também pode melhorar outros materiais. No momento, eles estão investigando o uso de manganês e níquel como alternativas.

A equipe já solicitou a patente para seu novo catalisador e planeja produzi-lo em maior escala. A Professora García de Arquer mencionou que estão dispostos a testar todos os elementos, se necessário. Ranit Ram acrescentou que o avanço da energia renovável ajuda a combater as mudanças climáticas. Esse novo desenvolvimento nos aproxima da produção sustentável de hidrogênio sem a necessidade de materiais raros como o irídio.