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Uma pesquisa da Oregon State University (OSU) sobre catalisadores mostrou que o hidrogênio pode ser produzido de forma limpa com muito mais eficiência. As descobertas publicadas na Science Advances e JACS Au também apontam para uma produção de hidrogênio a um custo mais baixo do que é possível atualmente com os catalisadores disponíveis no mercado.
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Um catalisador é uma substância que aumenta a taxa de uma reação química sem sofrer qualquer alteração química permanente. As descobertas de agora são significativas porque a produção de hidrogênio “é importante para muitos aspectos de nossa vida, como células de combustível para carros e a fabricação de muitos produtos químicos úteis, como amônia”, disse Zhenxing Feng, professor de engenharia química da OSU, que liderou a pesquisa.
O hidrogênio “também é usado no refino de metais, para a produção de materiais artificiais, como plásticos, e para uma série de outros fins”, aponta Feng. De acordo com o professor, a produção de hidrogênio pela divisão da água por meio de um processo catalítico eletroquímico é mais limpa e sustentável do que o método convencional de derivar hidrogênio do gás natural – por meio de um processo de produção de dióxido de carbono conhecido como reforma de metano-vapor.
“Ao facilitar os processos de reação, os catalisadores costumam sofrer mudanças estruturais”, disse Feng. Às vezes, as mudanças são reversíveis, outras vezes irreversíveis, e acredita-se que a reestruturação irreversível degrada a estabilidade do catalisador, levando a uma perda da atividade catalítica que diminui a eficiência da reação.
Avanço com catalisadores pode ajudar nas metas de energia limpa
O professor disse que a pesquisa encontrou pelo menos dois grupos de materiais que passam por mudanças irreversíveis que se revelaram catalisadores significativamente melhores para a produção de hidrogênio. “Isso pode nos ajudar a produzir hidrogênio a US$ 2 por quilograma e, eventualmente, a US$ 1 por quilograma. Isso é menos caro do que o processo poluente nas indústrias atuais e ajudará a atingir a meta dos Estados Unidos de emissão zero até 2030”.
O Departamento de Energia (DOE) dos EUA anunciou em junho uma iniciativa chamada Energy Earthshots, projetada para acelerar a inovação, pesquisa e implantação de tecnologias de energia limpa em escala. Um dos padrões de referência estabelecidos consiste justamente na produção de hidrogênio limpo a US$ 2 por quilo até 2025, e a US$ 1 por quilo até 2030.
A tecnologia de eletrólise da água para a produção de hidrogênio limpo na qual o grupo de Feng se concentra usa eletricidade de fontes renováveis para dividir a água e produzir hidrogênio limpo. No entanto, a eficiência da divisão da água é baixa, diz o professor. Principalmente devido ao alto sobrepotencial – a diferença entre o potencial real e o potencial teórico de uma reação eletroquímica – de uma meia-reação chave no processo, a reação de evolução de oxigênio ou REO.
Com as descobertas de agora, Feng diz que será possível manipular melhor os átomos na superfície para projetar catalisadores com a estrutura e composição desejadas. “Os catalisadores são essenciais para promover a reação de divisão da água, reduzindo o excesso de potencial e, portanto, reduzindo o custo total para a produção de hidrogênio”, afirma o professor.
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