O gás hidrogênio tem capacidade de liberar grande quantidade de energia e sua queima é limpa, já que gera água como subproduto. Seu emprego como fonte energética hoje em dia é limitada devido aos cuidados necessários ao seu armazenamento, já que é um gás explosivo, e também devido aos custos elevados relativos a sua obtenção. O hidrogênio é convencionalmente produzido por meio de eletrólise, processo em que ocorre a quebra de uma molécula por ação de energia elétrica. Essa molécula é normalmente a água (H2O), cuja quebra forma oxigênio e hidrogênio segundo a reação abaixo:
Mais de 90% da produção anual de hidrogênio é feita a partir fontes fósseis para geração de energia elétrica, entre elas gás natural, petróleo e carvão. Isso não somente faz com que o processo deixe de ser renovável e limpo, como também o torna caro. Pensando nisso, foi desenvolvido um nanomaterial capaz de aproveitar a energia solar e utilizá-la para gerar hidrogênio a partir de água do mar. Tudo isso mais barato e eficientemente que os métodos atuais.
Normalmente em reações químicas são utilizados catalisadores, substâncias que aceleram a velocidade de reação sem serem consumidos. O nanomaterial proposto, desenvolvido pelo pesquisador Yang Yang e publicado na revista Energy & Environmental Science, é classificado como um fotocatalisador, isto é, um estimulador de reação química que utiliza energia luminosa. Fotocatalisadores convencionais utilizam apenas uma faixa limitada de comprimentos de onda de luz para gerar energia, enquanto o novo material conseguiu aumentar consideravelmente a faixa luminosa a ser utilizada, variando do ultravioleta até o infravermelho-próximo.
Isso é feito a partir de um material híbrido composto por um filme ultrafino de dióxido de titânio, o fotocatalisador mais comum. Ao longo dele, são feitas nanocavidades por meio de ataque químico, revestidas posteriormente com uma espécie de nanoflocos de dissulfeto de molibdênio, um material bidimensional semelhante ao grafeno e ao estaneno que tem a espessura de um único átomo. A partir de vacâncias, lacunas encontradas na estrutura do dissulfeto de molibdênio no local um deveria ser encontrado um átomo, a faixa de luz absorvida consegue ser aumentada e a eficiência do material em produzir energia torna-se pelo menos o dobro de seus concorrentes.
Nanomaterial híbrido gerando a quebra de moléculas de água. Créditos: University of Central Florida
Apesar da complexidade do nanomaterial proposto, sua fabricação é relativamente simples e barata. A equipe de Yang continua as pesquisas agora para ver a melhor forma de implementar a manufatura do material em larga escala. A ideia inicial do grupo era a utilização do material em água potável, já que o ambiente marinho é bastante severo devido ao sal e sua fauna. No entanto, observaram que o nanomaterial podia sobreviver a essas condições hostis e ser empregado no ambiente marinho. Pensam agora em aprimorá-lo para que possa ser utilizado para a geração de hidrogênio a partir de águas residuais.
Fontes:
Science Daily – New nanomaterial can extract hydrogen fuel from seawater
PALHARES, D.D.F. et al. Produção de Hidrogênio por Eletrólise da Água e Energia Solar. Em: XXI Congresso Brasileiro de Engenharia Química, 2016, Fortaleza. Anais do XXI Congresso Brasileiro de Engenharia Química, 2016.