{"id":27786,"date":"2022-08-03T08:57:01","date_gmt":"2022-08-03T11:57:01","guid":{"rendered":"https:\/\/dev.cnpem.br\/?p=27786"},"modified":"2026-03-12T11:44:30","modified_gmt":"2026-03-12T14:44:30","slug":"cnpem-desenvolve-novo-material-com-alta-eficiencia-para-uso-na-producao-de-hidrogenio-verde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/cnpem-desenvolve-novo-material-com-alta-eficiencia-para-uso-na-producao-de-hidrogenio-verde\/","title":{"rendered":"CNPEM desenvolve novo material com alta efici\u00eancia para uso na produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio verde"},"content":{"rendered":"

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Descoberta, que combina materiais de baixo custo e abundantes, come\u00e7a a ser incorporada a prot\u00f3tipo de reator solar para fotoss\u00edntese artificial<\/p>\n<\/blockquote>\n

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(Divulga\u00e7\u00e3o: CNPEM)<\/p><\/div>\n<\/div>\n

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organiza\u00e7\u00e3o supervisionada pelo Minist\u00e9rio de Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI) acabam de publicar um\u00a0artigo no peri\u00f3dico cient\u00edtico Journal of Materials Chemistry A<\/strong><\/a>, em que apresentam os resultados de processos de combina\u00e7\u00e3o de germ\u00e2nio \u00e0 nanopart\u00edculas de hematita para aprimorar a efici\u00eancia do uso da energia solar na quebra de mol\u00e9culas de \u00e1gua para obten\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio.<\/p>\n

O artigo, que teve a colabora\u00e7\u00e3o de pesquisadores das Universidades Federais de S\u00e3o Carlos e do ABC, apresenta o germ\u00e2nio como poss\u00edvel elemento ideal na combina\u00e7\u00e3o com hematita para uso em c\u00e9lulas fotoeletroqu\u00edmicas.<\/p>\n

Recorde<\/strong><\/h3>\n

Os melhores resultados, obtidos por meio de experimentos com diversos m\u00e9todos de combina\u00e7\u00e3o dos materiais, apontaram para uma capacidade de gera\u00e7\u00e3o fotocorrente de 3,2 miliamp\u00e9res por cent\u00edmetro quadrado.<\/p>\n

Esse resultado \u00e9 quase o dobro do obtido em 2019, nos\u00a0primeiros estudos com esse prop\u00f3sito no CNPEM<\/a>\u00a0e estabelece um novo recorde latinoamericano nesse par\u00e2metro, que \u00e9 o principal para determinar a efici\u00eancia energ\u00e9tica em materiais manipulados visando a gera\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio de forma limpa e sustent\u00e1vel, sem uso de mat\u00e9rias-primas obtidas a partir do petr\u00f3leo. Poucos grupos de pesquisa no mundo, entre eles Coreia, Su\u00ed\u00e7a, Israel e Reino Unido, dominam o conhecimento de processos que permitem resultados nessa escala.<\/p>\n

\u201cEsse campo de pesquisa se inspira na natureza. O objetivo \u00e9 imitar a fotoss\u00edntese realizada pelas plantas, que usa a luz solar para separar as mol\u00e9culas de hidrog\u00eanio e oxig\u00eanio da \u00e1gua e criar processos que podem ser chamados de fotoss\u00edntese artificial. H\u00e1 um esfor\u00e7o global para desenvolver solu\u00e7\u00f5es que tornem os processos cada vez mais eficientes e economicamente vi\u00e1veis\u201d, explica o pesquisador Edson Leite, do CNPEM.<\/p>\n

Fotoss\u00edntese Artificial<\/strong><\/h3>\n

O dom\u00ednio da tecnologia de fotoss\u00edntese artificial para obten\u00e7\u00e3o do hidrog\u00eanio tem enorme potencial de contribui\u00e7\u00e3o para solu\u00e7\u00f5es de graves problemas gerados pela matriz energ\u00e9tica que amea\u00e7am o futuro da vida no planeta.<\/p>\n

Uma das formas de se produzir o hidrog\u00eanio \u00e9 a partir da quebra de mol\u00e9culas de \u00e1gua (H2O), com forma\u00e7\u00e3o de mol\u00e9culas de H2. Essa quebra \u00e9 feita em um processo chamado de fotoeletr\u00f3lise, que acontece de forma muito semelhante \u00e0 produ\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica a partir da luz solar nas placas fotovoltaicas.<\/p>\n

De forma simplificada, a luz solar que incide nos pain\u00e9is solares, \u00e9 absorvida pelos el\u00e9trons do material que constituem esses dispositivos. Os el\u00e9trons s\u00e3o ent\u00e3o expelidos dos \u00e1tomos a que estavam associados, e formam a corrente el\u00e9trica que pode ser utilizada, por exemplo, para o carregamento de uma bateria ou para o funcionamento de equipamentos el\u00e9tricos.<\/p>\n

De forma semelhante, nos dispositivos fotoeletroqu\u00edmicos, el\u00e9trons s\u00e3o liberados do material pela luz solar incidente. Em meio aquoso, o \u201cburaco\u201d deixado para tr\u00e1s atrai el\u00e9trons pertencentes \u00e0 mol\u00e9cula de \u00e1gua, ocasionando a quebra das liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas entre os \u00e1tomos de oxig\u00eanio e hidrog\u00eanio. Agora livres, os \u00e1tomos de hidrog\u00eanio se recombinam em g\u00e1s hidrog\u00eanio, que pode ser ent\u00e3o coletado, armazenado e utilizado posteriormente na produ\u00e7\u00e3o de energia.<\/p>\n

\u201cEsse g\u00e1s ainda \u00e9 particularmente interessante como fonte de energia porque sua combust\u00e3o gera como produto (res\u00edduo?) apenas vapor de \u00e1gua, diferentemente dos combust\u00edveis f\u00f3sseis. \u00c9 uma forma de produ\u00e7\u00e3o e estocagem simult\u00e2nea de energia\u201d,\u00a0resume Leite.<\/p>\n

No entanto, para que essa tecnologia se torne economicamente vi\u00e1vel, diversos desafios de engenharia e pesquisa ainda precisam ser superados.<\/p>\n

Desafios<\/strong><\/h3>\n

Al\u00e9m dos in\u00fameros desafios relacionados ao aumento da efici\u00eancia na gera\u00e7\u00e3o da energia e \u00e0 diminui\u00e7\u00e3o do impacto ambiental da produ\u00e7\u00e3o das placas solares, h\u00e1 ainda um problema a mais a ser contornado: como manter a produ\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica nos per\u00edodos de aus\u00eancia de Sol?<\/p>\n

A intermit\u00eancia di\u00e1ria e sazonal, n\u00e3o apenas da produ\u00e7\u00e3o de energia solar, como tamb\u00e9m e\u00f3lica e outras fontes renov\u00e1veis, exige que diferentes modalidades de produ\u00e7\u00e3o sejam combinadas para garantir a oferta e distribui\u00e7\u00e3o adequada de energia el\u00e9trica.<\/p>\n

Outro desafio \u00e9 o armazenamento da energia produzida durante os dias ensolarados para a utiliza\u00e7\u00e3o \u00e0 noite ou em dias de menor exposi\u00e7\u00e3o solar. Esse armazenamento pode ser feito tanto em uma nova gera\u00e7\u00e3o de baterias de alta capacidade como pela convers\u00e3o eficiente dessa energia solar em combust\u00edveis qu\u00edmicos que possam ser armazenados, e posteriormente utilizados para a produ\u00e7\u00e3o de energia de acordo com a demanda, assim como feito pelas plantas atrav\u00e9s do processo de fotoss\u00edntese.<\/p>\n

Esses dois desenvolvimentos est\u00e3o no foco do programa de pesquisa em energia do Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia do CNPEM\/MCTI, que envolve a utiliza\u00e7\u00e3o das ferramentas da nanotecnologia para a resolu\u00e7\u00e3o de problemas fundamentais que levam \u00e0 baixa efici\u00eancia desses processos, ditos eletroqu\u00edmicos, e assim torn\u00e1-los economicamente mais competitivos.<\/p>\n

Prot\u00f3tipo de Reator sob patente<\/strong><\/h3>\n

Para o pesquisador Edson Leite, a efici\u00eancia aferida recentemente nos processos que usam a combina\u00e7\u00e3o de hematita e germ\u00e2nio j\u00e1 permitiu iniciar o desenvolvimento de um prot\u00f3tipo de reator solar, em fase de dep\u00f3sito de patente, com o objetivo de se obter hidrog\u00eanio de forma limpa e sustent\u00e1vel.<\/p>\n

\u201cVamos trabalhar no material para buscar formas de ampliar ainda mais a efici\u00eancia energ\u00e9tica, mas o conhecimento que foi acumulado nos \u00faltimos anos j\u00e1 nos incentiva a iniciar experimentos em maior escala, visando o desenvolvimento de dispositivos que explorem todo o potencial que essa combina\u00e7\u00e3o de materiais, abundantes e de baixo custo, podem oferecer\u201d.<\/p>\n

Sirius, um diferencial<\/strong><\/h3>\n

O Sirius, fonte de luz s\u00edncrotron de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o, que est\u00e1 em opera\u00e7\u00e3o no campus do CNPEM, pode ser usado nas pr\u00f3ximas etapas desse tipo de pesquisa. A infraestrutura foi projetada para oferecer recursos na fronteira da ci\u00eancia para estudo de diversos tipos de materiais.<\/p>\n

\u201cUma das formas mais r\u00e1pidas de avan\u00e7ar no desenvolvimento desses materiais \u00e9 combinar experimentos capazes de visualizar em tempo real, durante a opera\u00e7\u00e3o desse dispositivo, a quebra da mol\u00e9cula de \u00e1gua e a produ\u00e7\u00e3o do hidrog\u00eanio, como \u00e9 poss\u00edvel nas fontes de luz s\u00edcrotron como o Sirius. A esta\u00e7\u00e3o experimental Carna\u00faba, por exemplo, ser\u00e1 essencial para a nossa compreens\u00e3o fundamental dos materiais e dos processos,\u201d, explica o pesquisador Fl\u00e1vio Leandro de Souza, do CNPEM.<\/p>\n

Sobre o Sirius<\/strong><\/h3>\n

Projetado e constru\u00eddo por brasileiros e financiado pelo Minist\u00e9rio de Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI), o Sirius \u00e9 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo. Este grande equipamento cient\u00edfico possui em seu n\u00facleo um acelerador de el\u00e9trons de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o, que gera um tipo de luz capaz de revelar a microestrutura de materiais org\u00e2nicos e inorg\u00e2nicos. Essas an\u00e1lises s\u00e3o realizadas em esta\u00e7\u00f5es de pesquisa, chamadas linhas de luz. O Sirius ir\u00e1 comportar diversas linhas de luz, otimizadas para experimentos diversos, e que funcionar\u00e3o de forma independente entre si, permitindo que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente, em diferentes pesquisas nas mais diversas \u00e1reas, como sa\u00fade, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.<\/p>\n

As diferentes t\u00e9cnicas experimentais dispon\u00edveis nas linhas de luz do Sirius permitir\u00e3o observar aspectos microsc\u00f3picos dos materiais, como os \u00e1tomos e mol\u00e9culas que os constituem, seus estados qu\u00edmicos e sua organiza\u00e7\u00e3o espacial, al\u00e9m de acompanhar a evolu\u00e7\u00e3o no tempo de processos f\u00edsicos, qu\u00edmicos e biol\u00f3gicos que ocorrem em fra\u00e7\u00f5es de segundo. Em uma linha de luz \u00e9 poss\u00edvel acompanhar tamb\u00e9m como essas caracter\u00edsticas microsc\u00f3picas s\u00e3o alteradas quando o material \u00e9 submetido a diversas condi\u00e7\u00f5es, como temperaturas elevadas, tens\u00e3o mec\u00e2nica, press\u00e3o, campos el\u00e9tricos ou magn\u00e9ticos, ambientes corrosivos, entre outras. Essa capacidade \u00e9 uma das principais vantagens das fontes de luz s\u00edncrotron, quando comparadas a outras t\u00e9cnicas experimentais de alta resolu\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

As linhas de luz do Sirius s\u00e3o instrumentos cient\u00edficos avan\u00e7ados, projetados para solucionar problemas em \u00e1reas estrat\u00e9gicas para o desenvolvimento do Pa\u00eds. Inicialmente, um conjunto de 14 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas cient\u00edficos. Ao todo, Sirius poder\u00e1 abrigar at\u00e9 38 linhas de luz.<\/p>\n

Sobre o CNPEM<\/strong><\/h3>\n

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, \u00fanico no Brasil e presente em poucos centros cient\u00edficos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) \u00e9 uma organiza\u00e7\u00e3o privada sem fins lucrativos, sob a supervis\u00e3o do Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI).\u00a0O Centro opera quatro Laborat\u00f3rios Nacionais e \u00e9 o ber\u00e7o do projeto mais complexo da ci\u00eancia brasileira \u2013 Sirius \u2013 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo.\u00a0O CNPEM re\u00fane equipes multitem\u00e1ticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas \u00e0 comunidade cient\u00edfica, linhas estrat\u00e9gicas de investiga\u00e7\u00e3o, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e forma\u00e7\u00e3o de investigadores e estudantes. O Centro \u00e9 um ambiente impulsionado pela pesquisa de solu\u00e7\u00f5es com impacto nas \u00e1reas de Sa\u00fade, Energia e Materiais Renov\u00e1veis, Agroambiental, Tecnologias Qu\u00e2nticas.\u00a0A partir de 2022, com o apoio do Minist\u00e9rio da Educa\u00e7\u00e3o (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ci\u00eancia. O curso superior interdisciplinar em Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer forma\u00e7\u00e3o de excel\u00eancia, gratuita, em per\u00edodo integral e com imers\u00e3o no ambiente de pesquisa do CNPEM.<\/p>\n

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