Cientistas descobrem um catalisador muito mais barato para a geração de hidrogênio

Pesquisadores do Laboratório Nacional Acelerador SLAC do Departamento de Energia dos EUA e da Universidade de Stanford, EUA, mostraram pela primeira vez que um catalisador de baixo custo pode quebrar as moléculas de água (H20) para a produção de hidrogênio molecular (H2) por horas a fio no desgastante ambiente de um aparelho comercial de eletrólise.

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A tecnologia electrolyzer, a qual é baseada em uma membrana polimérica eletrolítica (PEM), possui potencial para a produção de H2 em larga escala a partir de energia renovável - hoje a produção de larga escala de gás hidrogênio é realizada principalmente via uso de combustíveis fósseis. Porém essa tecnologia enfrenta uma grande limitação: os materiais necessários para catalisar a quebra da molécula de água são baseados em metais preciosos de altíssimo custo, como platina e irídio (ambos mais caros do que o ouro). Agora, em um estudo publicado na Nature Nanotechnology (1), os pesquisadores reportaram o desenvolvimento de um novo catalisador substituto consistindo de nanopartículas de fosfeto de cobalto (CoP) depositadas sobre carbono - formando uma mistura de pó preto bem fina.

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Em testes de performance, o catalisador de fosfeto de cobalto operou extremamente bem por mais de 1700 horas, indicando que ele resiste de forma mais do que satisfatória durante um uso diário em sistemas reacionais submetidos a elevadas temperaturas, pressões (400 psi, 50°C) e densidades de correntes, e em condições ácidas (baixo pH) por períodos bastante longos. Apesar da eficiência na produção de hidrogênio ser menor do que nos catalisadores de platina, o catalisador de fosfeto de cobalto mostrou uma estabilidade e constância de performance durante a eletrólise inigualável para alternativas com a mesma proposta de custo-benefício.

Uma das partes mais cruciais do estudo foi escalar a produção do novo catalisador para níveis comerciais, e, ao mesmo tempo, mantendo-o extremamente uniforme. Esse processo envolve sintetizar os materiais de partida na bancada de laboratório, moer o material no almofariz e no triturador, aquecer em um forno e finalmente transformar o pó preto fino em uma espécie de tinta que pode ser espalhada em camadas porosas de papel carbono, obtendo-se grandes eletrodos para o PEM (de 1 cm2 na escala laboratorial para 86 cm2 na escala comercial).

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Catalisadores são compostos ou substratos que diminuem a energia de ativação para uma reação química ocorrer, ao facilitar a interação entre os reagentes. Hoje, o catalisador de platina representa cerca de 8% do custo total envolvido na produção de hidrogênio com o PEM. Porém, apesar do aparente custo moderado em relação ao quadro geral, os preços desse metal precioso é tão volátil no mercado que em um futuro próximo isso pode se tornar um notável empecilho para o desenvolvimento dessa tecnologia e sua aplicação em larga escala, especialmente considerando a demanda crescente de hidrogênio molecular para células de combustível e outras aplicações.


(1) Publicação do estudo: Nature