Pesquisadores das universidades federais de São Carlos (UFSCar) e do Rio Grande do Norte (UFRN) desenvolveram um nanomaterial sustentável capaz de, simultaneamente, remover poluentes da água e produzir hidrogênio a partir da luz solar. A tecnologia utiliza resíduos da indústria siderúrgica e de conchas marinhas como matéria-prima.
O material é formado pela combinação de hidroxiapatita (HAp) e óxido de ferro (Fe₂O₃), dois compostos com propriedades elétricas distintas. A associação cria uma estrutura chamada heterojunção, que potencializa a ação do material quando exposto à radiação solar.
Nos testes realizados pelos pesquisadores, a tecnologia eliminou cerca de 75% do azul de metileno presente na água em duas horas e meia. O corante é amplamente utilizado pela indústria têxtil e, além dos riscos à saúde, pode reduzir a penetração de luz na água e prejudicar a fotossíntese de organismos aquáticos.
Além da degradação do poluente, a heterojunção foi capaz de produzir hidrogênio, reunindo em um mesmo processo o tratamento de efluentes, o aproveitamento de resíduos e a geração de um combustível associado à transição energética.
Resíduos como matéria-prima
O óxido de ferro utilizado na pesquisa foi obtido a partir de pó de alto-forno, um resíduo particulado produzido durante a etapa de limpeza dos gases da indústria siderúrgica e que normalmente seria destinado ao descarte.
A partir de 5 gramas desse material, os pesquisadores recuperaram 1,02 grama de óxido de ferro, o equivalente a um rendimento de 25%. Já a hidroxiapatita foi produzida a partir de resíduos de conchas marinhas, com rendimento de 63%.
A combinação dos dois componentes foi testada em três concentrações de óxido de ferro: 20%, 40% e 60%. As amostras receberam os nomes HFe20, HFe40 e HFe60.
Os pesquisadores analisaram as características estruturais, morfológicas, ópticas e eletroquímicas dos materiais e avaliaram sua capacidade fotocatalítica sob radiação solar. Entre as três formulações, a HFe40 apresentou o melhor desempenho.
Produção de hidrogênio
Para testar a capacidade de geração de hidrogênio, os pesquisadores utilizaram 20 miligramas da HFe40 em 20 mililitros de uma solução com 10% de ácido lático. O material foi exposto à luz solar durante quatro horas, enquanto a quantidade de hidrogênio produzida era monitorada por um sensor de gás.
Nesse período, o sistema produziu mais de 25 micromols de hidrogênio, quantidade equivalente a aproximadamente 0,05 miligrama de H₂ por grama de material.
A estabilidade do nanomaterial também foi avaliada. Depois de cinco ciclos de reutilização para degradar o azul de metileno, a atividade fotocatalítica da HFe40 caiu apenas 6%.
Os pesquisadores ainda testaram o material em diferentes tipos de água — da chuva, de lago e de torneira — para verificar seu comportamento em condições mais próximas às encontradas no ambiente. As diferenças de desempenho entre as matrizes foram pequenas.
Próximas etapas
Apesar dos resultados, a tecnologia ainda precisa passar por novos estudos antes de uma possível aplicação em maior escala. Entre os próximos objetivos estão aumentar a eficiência da produção de hidrogênio, medir com maior precisão a quantidade de gás gerada e verificar a estabilidade do material durante períodos mais longos de uso.
Segundo os pesquisadores, o estudo demonstra uma estratégia de economia circular ao transformar resíduos industriais e biológicos em materiais funcionais capazes de atuar tanto na recuperação de ambientes contaminados quanto na produção de combustível a partir da energia solar.
A pesquisa recebeu apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFRN.
O trabalho também contou com pesquisadores do Centro para o Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) e colaboração da equipe do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
O estudo foi publicado em setembro no *International Journal of Hydrogen Energy.
*Com informações da Agência Fapesp.
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