Hidrogênio verde: uso da luz do sol para tirar hidrogênio da água, Quimica.com.br

 O gás hidrogênio é uma fonte de energia versátil, capaz de gerar energia sem a emissão de gases geradores do efeito estufa (GEE). Segundo a Agência Internacional de Energia (IEA), a produção atual de hidrogênio é feita a partir de combustíveis fósseis e gera grandes emissões de CO2 – cerca de 830 megatoneladas por ano. Com o objetivo de atingir a meta de emissões zero de GEE até 2050, ganha interesse mundial a busca por tecnologias capazes de viabilizar a produção de hidrogênio verde.

Dentro dessa perspectiva, uma equipe de pesquisadores brasileiros coordenada pelo professor doutor Renato Vitalino Gonçalves, do Instituto de Física da USP de São Carlos, publicou um artigo sobre a síntese de um semicondutor composto pela heterojunção de titanato de estrôncio dopado com molibdênio (Mo:SrTiO3) e contendo nanopartículas de níquel (NiO@Ni(OH)2), capaz de fotocatalisar a dissociação da água, utilizando a região do espectro visível da luz como única fonte de energia para a síntese de hidrogênio verde.

Síntese de hidrogênio verde

Como informou, a síntese desse fotocatalisador é simples e econômica, necessitando apenas de um forno de altas temperaturas e dos reagentes em escala. Também foi destacado que é possível obter gramas do fotocatalisador para sínteses em escala laboratorial, além de que os materiais foram obtidos com alta reprodutibilidade e podem ser escalonados sem dificuldades no laboratório.

Esse estudo é fruto de um dos projetos do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI). Para esse projeto, coordenado por Gonçalves, o principal objetivo é a obtenção de semicondutores capazes de realizar a fotólise da água para a produção de hidrogênio verde e de converter CO2 em produtos de maior valor. Por agirem nessa reação como catalisadores, os semicondutores são chamados de fotocatalisadores.

Gonçalves explicou que a maior inspiração desse projeto é a fotossíntese natural, de forma que o semicondutor é desenhado para absorver a luz solar no espectro visível para gerar cargas que consigam quebrar as moléculas de água. A meta parece simples, porém representa desafios para o desenho dos fotocatalisadores.

Gonçalves: catalisador tem síntese econômica e simples

“O maior desafio dessa área é separar as cargas [elétrons excitados e vacâncias nas bandas do fotocatalisador] quando o material absorve luz e fazer com que essas cargas migrem para a superfície”, explicou Gonçalves. “Para potencializar o direcionamento dos elétrons que foram excitados até a superfície, utiliza-se uma heterojunção. No caso, escolhemos uma junção do tipo p-n para melhor separar as cargas na interface”.

Segundo o pesquisador, o Mo:SrTiO3 apresentou menor gap energético que o SrTiO3, possibilitando a transferência de elétrons no espectro visível da luz. Embora o Mo:SrTiO3 consiga fotocatalisar o splitting da água, a deposição das nanopartículas de níquel na sua superfície permitiu um aumento de 15 vezes na produção de hidrogênio, em comparação a uma amostra comercial de TiO2 P25 (utilizado como padrão nestas reações), após cinco horas de irradiação.

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A reação fotocatalisada de splitting da água foi realizada em uma solução contendo 20% (em volume) de metanol. O álcool foi utilizado como agente de sacrifício, para impedir a formação de gás oxigênio. Segundo Gonçalves, este meio reacional não afetaria o desempenho do fotocatalisador, devido à estabilidade do SrTiO3 em meio aquoso, o que foi confirmado após o fotocatalisador ainda apresentar fotoatividade por mais de 100 horas de reação, tempo muito superior ao reportado na maioria da literatura para outros fotocatalisadores.

Atualmente, o projeto está na fase inicial, mas começou a dar seus primeiros passos rumo a maiores escalas, com investimentos do CNPq e da Fapesp. “Atualmente, tenho projetos para sair da escala de laboratório. Nossa ideia é aumentar ainda mais a escala, para que, em um futuro próximo, tenhamos condições de montar uma planta para a produção de hidrogênio além da escala laboratorial”, destacou o professor. “Temos os materiais e as técnicas certas para isso.”

(João Pedro A. Fairbanks)

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