Combinações de metais abundantes pode baratear produção de hidrogênio verde

Pesquisadores associados ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) participaram de um estudo que aponta uma nova estratégia para projetar catalisadores mais eficientes e de menor custo para a produção de hidrogênio.

Fonte: Agência FAPESP 

O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP e sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Os resultados foram publicados em fevereiro no International Journal of Hydrogen Energy e mostram que a mistura controlada de metais abundantes ajusta com precisão a atração entre o hidrogênio e a superfície do material. Esse controle é a chave para acelerar a chamada reação de evolução de hidrogênio – processo químico em que os átomos de hidrogênio são "forçados" a se unirem e subirem em forma de bolhas de gás, separando-se da água. Dominar essa reação é crucial para viabilizar as usinas de hidrogênio verde.

Os materiais atualmente conhecidos capazes de promover essa reação com eficiência são baseados em metais nobres, como a platina, que apresentam alto custo e disponibilidade limitada. Para contornar esse problema, os pesquisadores investigaram ligas formadas por metais mais abundantes, analisando como diferentes combinações químicas podem reproduzir ou até melhorar a eficiência observada em materiais nobres.

Por meio de simulações no computador, os cientistas avaliaram a capacidade de "adesão" do hidrogênio na superfície dessas ligas metálicas. Esse fenômeno (adsorção) – em que o gás gruda temporariamente na superfície do metal – é o principal indicador para saber se o material será um bom catalisador. Os resultados mostraram que, na liga de ferro-níquel, essa atração funciona como uma engrenagem perfeita: basta alterar a proporção entre os dois metais para controlar exatamente a força com que o hidrogênio se fixa ali, tornando a reação química mais rápida e previsível.

Design racional de materiais

Segundo os autores do artigo, os resultados oferecem um guia teórico importante para o desenvolvimento de novos catalisadores baseados em metais abundantes, potencialmente mais baratos e escaláveis que aqueles baseados em metais nobres.

O estudo também reforça o papel da modelagem computacional no chamado design racional de materiais, abordagem que busca prever o comportamento de novos materiais antes mesmo de sua síntese em laboratório.

Esse tipo de estratégia pode acelerar o desenvolvimento de tecnologias ligadas ao hidrogênio verde, considerado um vetor energético estratégico para reduzir emissões de carbono em setores como transporte, indústria e geração de energia.

O artigo Tuning hydrogen adsorption through synergy in non-noble bimetallic substrates pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319926003290.

* Com informações do CDMF.