Pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) desenvolveram uma forma mais ágil e econômica de produzir um componente essencial para a geração de hidrogênio: o ânodo, peça instalada dentro dos eletrolisadores, equipamentos responsáveis por separar as moléculas da água em hidrogênio e oxigênio. É no ânodo que ocorre a liberação do oxigênio, etapa que consome bastante energia, mas que também gera os elétrons e prótons necessários para a formação do hidrogênio no lado oposto do equipamento, o cátodo.
Para reduzir esse gasto energético, os pesquisadores costumam revestir o ânodo com catalisadores, substâncias que facilitam a reação química. Quanto mais eficiente o catalisador, menor o consumo de energia da máquina, o que barateia e torna mais sustentável a produção de hidrogênio.
Nesse novo estudo, a equipe criou um ânodo de titânio coberto por uma camada fina de óxidos de rutênio e manganês, combinação que oferece boa atividade catalítica aliada a resistência. Para definir a composição ideal, os cientistas testaram diferentes proporções desses óxidos e compararam três formas de tratamento térmico: forno tradicional, micro-ondas e laser, avaliando como cada técnica influenciava o desempenho final do material.
A pesquisa, publicada em março na revista Electrochimica Acta, mostrou que os métodos de micro-ondas e laser aceleram bastante o processo de fabricação, o que diminui o consumo de energia e os custos. Além disso, esses dois métodos produziram ânodos com desempenho superior na etapa de liberação de oxigênio em comparação ao forno convencional.
Segundo Elton Sitta, professor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e líder da pesquisa, a principal descoberta do trabalho foi mostrar que a técnica de aquecimento usada na fabricação tem um impacto significativo sobre a estrutura, a morfologia e a capacidade catalítica dos ânodos.
Testes
Os pesquisadores avaliaram o material em dois cenários que exigem catalisadores resistentes e eficientes. Primeiro, simularam as condições de eletrolisadores PEM (Proton Exchange Membrane), uma das tecnologias mais promissoras para gerar hidrogênio com baixa emissão de carbono. Depois, testaram o desempenho em água do mar, uma alternativa interessante por preservar a água potável e explorar um recurso amplamente disponível.
Sitta destaca que os ânodos produzidos por micro-ondas e laser mostraram propriedades especialmente vantajosas para uso futuro em eletrolisadores que funcionam em ambientes ácidos e com água salgada.
O projeto contou com a colaboração da UFSCar e da Universidade Tiradentes (Unit), em Sergipe, reunindo competências distintas que possibilitaram um estudo completo, da fabricação dos materiais até a análise detalhada de suas propriedades em condições próximas às reais. Isabelle M.D. Gonzaga, pesquisadora de pós-doutorado do CINE e primeira autora do artigo, ressalta que esse tipo de parceria fortalece a ciência brasileira e impulsiona tecnologias mais eficientes para o hidrogênio verde.
Para Sitta, as técnicas alternativas têm potencial para tornar a produção de ânodos mais rápida e competitiva financeiramente. Ele avalia que o aquecimento por micro-ondas seria mais fácil de adaptar para escala industrial, enquanto o uso do laser poderia se destacar em processos automatizados e contínuos de fabricação de eletrodos.
O estudo integra o programa Hidrogênio de Baixo Carbono do CINE, centro de pesquisa criado pela FAPESP em parceria com a Shell em 2018, com sede na Unicamp, USP e UFSCar, e participação de outras oito instituições brasileiras. A pesquisa também recebeu apoio da FAPESP por meio de dois outros projetos.
*Com informações da Agência Fapesp.
LEIA TAMBÉM:
Deixe um comentário