Produção mais eficaz de hidrogénio “verde” com um novo material combinado
A reação química para produzir hidrogénio a partir da água é várias vezes mais eficaz quando se utiliza uma combinação de novos materiais em três camadas, de acordo com investigadores da Universidade de Linköping, na Suécia. O hidrogénio produzido a partir da água é uma fonte de energia renovável promissora – especialmente se for produzido utilizando a luz solar.
A produção de novos automóveis a gasolina e a gasóleo será proibida na UE a partir de 2035. Prevê-se que os motores elétricos se tornem cada vez mais comuns nos veículos, mas não são adequados para todos os tipos de transporte.
“Os automóveis de passageiros podem ter uma bateria, mas os camiões pesados, os navios ou os aviões não podem utilizar uma bateria para armazenar a energia. Para estes meios de transporte, precisamos de encontrar fontes de energia limpas e renováveis, e o hidrogénio é um bom candidato”, afirma Jianwu Sun, professor associado da Universidade de Linköping, que liderou o estudo publicado no Journal of the American Chemical Society.
Os investigadores da LiU estão a trabalhar no desenvolvimento de materiais que possam ser utilizados para produzir hidrogénio (H2) a partir da água (H2O), utilizando a energia da luz solar.
A equipa de investigação demonstrou anteriormente que um material chamado carboneto de silício cúbico (3C-SiC) tem propriedades benéficas para facilitar a reação em que a água é dividida em hidrogénio e oxigénio. O material pode captar eficazmente a luz solar, de modo a que a energia nela contida possa ser utilizada para a produção de hidrogénio através da reação fotoquímica de separação da água.
No seu estudo atual, os investigadores desenvolveram um novo material combinado. O novo material é constituído por três camadas: uma camada de carboneto de silício cúbico, uma camada de óxido de cobalto e um material catalisador que ajuda a dividir a água.
“Trata-se de uma estrutura muito complicada, pelo que o nosso objetivo neste estudo foi compreender a função de cada camada e a forma como esta ajuda a melhorar as propriedades do material. O novo material tem um desempenho oito vezes melhor do que o carboneto de silício cúbico puro na separação da água em hidrogénio”, afirma Jianwu Sun.
Quando a luz solar incide sobre o material, são geradas cargas elétricas, que são depois utilizadas para dividir a água. Um desafio no desenvolvimento de materiais para esta aplicação é evitar que as cargas positivas e negativas se fundam de novo e se neutralizem mutuamente. No seu estudo, os investigadores mostram que, ao combinar uma camada de carboneto de silício cúbico com as outras duas camadas, o material, denominado Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, torna-se mais capaz de separar as cargas, tornando assim a separação da água mais eficaz.
Atualmente, existe uma distinção entre hidrogénio “cinzento” e “verde”. Quase todo o hidrogénio presente no mercado é hidrogénio “cinzento” produzido a partir de um combustível fóssil chamado gás natural ou gás fóssil. A produção de uma tonelada de hidrogénio gasoso “cinzento” provoca a emissão de até dez toneladas de dióxido de carbono, o que contribui para o efeito de estufa e para as alterações climáticas. O hidrogénio “verde” é produzido utilizando eletricidade renovável como fonte de energia.
O objetivo a longo prazo dos investigadores da LiU é poder utilizar apenas a energia do sol para impulsionar a reação fotoquímica e produzir hidrogénio “verde”. A maioria dos materiais atualmente em desenvolvimento tem uma eficiência entre 1 e 3%, mas para a comercialização desta tecnologia de hidrogénio verde o objetivo é uma eficiência de 10%.
A capacidade de conduzir totalmente a reação utilizando energia solar reduziria o custo da produção de hidrogénio “verde”, em comparação com a produção utilizando eletricidade renovável suplementar, como acontece com a tecnologia utilizada atualmente. Jianwu Sun especula que poderá demorar cerca de cinco a dez anos até que a equipa de investigação desenvolva materiais que atinjam o cobiçado limite de 10%.