Dispositivo funciona de maneira estável em laboratório e ao ar livre e fica eficiente mesmo com a variação natural da luz solar
Uma pesquisa do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP), abre novas perspectivas para a produção de hidrogênio verde, trazendo ganhos de eficiência e viabilidade econômica. O estudo foi publicado em destaque na capa da revista internacional ACS Energy Letters. O trabalho resultou em um protótipo de dispositivo já testado em laboratório e em ambiente externo, que adota uma estratégia modular inédita para usar diretamente a energia solar, tornando o processo mais limpo e seguro.
O protótipo tem potencial para transformar a cadeia de produção do hidrogênio de baixo carbono. Hoje, esse combustível sustentável ainda é caro porque sua obtenção depende do processo de eletrólise da água alimentado pela rede elétrica convencional, uma energia cara e que algumas vezes vem de fontes não renováveis, como termelétricas. A ideia de fazer a eletrólise da água diretamente a partir da energia solar é a alternativa ideal, por ser limpa, abundante e barata, mas a limitação de eficiência dos componentes do fotoreator impede sua aplicação prática. A pesquisa do CNPEM busca superar esse impasse ao desenvolver semicondutores inovadores, capazes de converter energia solar diretamente em hidrogênio de forma eficiente e de baixo custo, o que pode tornar viável sua produção em larga escala.
Liderada pelo pesquisador Flávio Souza, do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano/CNPEM), a equipe desenvolveu placas chamadas fotoeletrodos, feitas de óxido de ferro (hematita), material abundante e de baixo custo. Para aumentar o desempenho, os cientistas adicionaram pequenas quantidades de alumínio e zircônio, que funcionam como reforços, ajudando o material a aproveitar melhor a luz do sol.
Essas placas foram produzidas em 100 unidades idênticas e instaladas em reatores modulares criados por impressão 3D. O sistema funciona como um conjunto de blocos de montar, permitindo ampliar a escala de produção de forma prática e organizada.
Os dispositivos atuaram de maneira estável por mais de 120 horas seguidas em laboratório. Quando testados ao ar livre, no campus do CNPEM em Campinas, também mantiveram a eficiência observada em laboratório mesmo com a variação natural da luz solar.
Segundo Flávio Souza, “este estudo mostra que é possível transformar resultados de laboratório em sistemas modulares e estáveis, aproximando a produção de hidrogênio solar de aplicações reais e com possibilidade de produção em alta escala.”
Outro ponto importante foi a segurança ambiental, pois análises mostraram que a liberação de substâncias durante o funcionamento ficou abaixo dos limites permitidos por órgãos reguladores.
Próximos passos
A pesquisa marca o início de uma nova linha de atuação do CNPEM para desenvolver soluções de produção de hidrogênio de baixo carbono. Agora, os cientistas vão contar também com o apoio do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR/CNPEM) para estudar a viabilidade econômica dessa tecnologia e possíveis áreas de aplicação.
O trabalho envolveu também pesquisadores da UFABC, da Unicamp e da USP, com apoio da CAPES, CNPq, Fapesp e da Shell, além de suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).
O artigo completo pode ser acessado em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c02340.
Sobre o CNPEM
O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abriga um ambiente científico de fronteira, multiusuário e multidisciplinar, com ações em diferentes frentes do Sistema Nacional de CT&I. Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), o CNPEM é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Responsável pelo Sirius, maior equipamento científico já construído no País. O CNPEM hoje desenvolve o projeto Orion, complexo laboratorial para pesquisas avançadas em patógenos. Equipes altamente especializadas em ciência e engenharia, infraestruturas sofisticadas abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores com o setor produtivo e formação de pesquisadores e estudantes compõem os pilares da atuação deste centro único no País, capaz de atuar como ponte entre conhecimento e inovação. As atividades de pesquisa e desenvolvimento do CNPEM são realizadas por seus Laboratórios Nacionais de: Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além de sua unidade de Tecnologia (DAT) e da Ilum Escola de Ciência, curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia, com apoio do Ministério da Educação (MEC).
