Pesquisadores descobrem uma maneira de produzir hidrogênio e purificar água ao mesmo tempo

Catalisadores acessíveis e de fácil produção alimentam um novo processo que pode revolucionar as soluções energéticas fora da rede.

24 de abril de 2023 Por Adrianna MacPherson

Em uma célula de combustível usando o novo catalisador descoberto pelos pesquisadores da U of A, a água fornecida reage com o catalisador para produzir hidrogênio e água potável. (Foto: Materiais de Matéria Escura)

Pesquisadores da Universidade de Alberta desenvolveram um novo catalisador que pode revolucionar a forma como geramos energia e purificamos a água. Quando colocado em qualquer tipo de água e fornecido com uma pequena quantidade de energia, o catalisador produz hidrogênio que pode ser alimentado em uma célula de combustível para gerar eletricidade junto com água destilada que é segura para beber.

O catalisador foi descoberto quase inteiramente por acaso quando Robin Hamilton estava criando um eletrodo para um estudante de graduação que trabalhava em um projeto de reciclagem de biomassa residual. Ele misturou uma combinação de pós e deixou-os repousar durante a noite em água, com a intenção de terminar a célula no dia seguinte. Quando ele voltou pela manhã, a mistura estava borbulhando – uma reação extremamente fora do comum.

“Acontece que quando você mistura essas duas coisas, elas interagem, funcionam juntas e o hidrogênio sai. Isso nos surpreendeu”, diz Hamilton, pesquisador associado sênior do Departamento de Química.

Hamilton consultou os professores de química Jeff Stryker e Jonathan Veinot, compartilhando a descoberta inesperada e valendo-se de seus respectivos conhecimentos. A equipe rapidamente percebeu que tinha algo notável em mãos: a combinação específica de pós poderia servir como um novo tipo de catalisador.

O catalisador que eles criaram é feito de material atóxico e abundante. É fácil e barato de produzir, o que o torna uma alternativa acessível aos catalisadores atuais no mercado, que requerem materiais caros e com fornecimento limitado.

Seu catalisador também pode ser usado com qualquer tipo de água, outro fator que lhe confere uma vantagem sobre as formas atuais de geração de hidrogênio, como a eletrólise da água.

“Há escassez de água potável e esse é o maior problema da eletrólise da água para gerar hidrogênio – é preciso usar água limpa”, diz Hamilton. “Com isso, você não. Pegamos algo que está sujo, que você não pode beber, e geramos hidrogênio e eletricidade em uma célula de combustível. E cospe água que você pode beber.”

“Você poderia transformar lagoas de rejeitos de areias betuminosas em combustível utilizável enquanto purifica a água. Parece bom demais para ser verdade, mas não é”, acrescenta Veinot.

Além de o catalisador ser uma melhoria acentuada em relação aos catalisadores atuais disponíveis, ele também transforma o que normalmente é um processo que consome muita energia em algo que pode ser alcançado com temperaturas muito mais baixas e menos consumo de energia.

O novo processo acionado por catalisador também resulta em pouco oxigênio, tornando-o menos volátil do que os métodos atuais. Como explica Hamilton, ao usar uma célula a combustível de hidrogênio, o método mais comum para gerar hidrogênio é através da eletrólise da água. Este processo divide a água em hidrogênio e oxigênio, separa-os e depois os recombina na célula de combustível para gerar eletricidade.

“Você mistura hidrogênio e oxigênio e atinge certas concentrações, é uma mistura explosiva. Então você tem que separá-los para poder usá-lo com segurança. Com nosso método, sequestramos o oxigênio sem esses dispendiosos separadores de membrana que normalmente são usados, e podemos gerar o hidrogênio e fazê-lo ir diretamente para a célula de combustível. Você não precisa separá-lo”, diz Hamilton.

“Pense em ter sua mangueira de jardim fornecendo água que pode ser convertida basicamente sob demanda no combustível que você deseja. Elimina o transporte, elimina o armazenamento, elimina as possibilidades explosivas negativas”, acrescenta Veinot.

Os investigadores procuram inicialmente criar dispositivos fora da rede que possam ajudar comunidades remotas ou ajudar no socorro a catástrofes, quando o acesso ao gás natural e à água potável é um problema. Eles estão imaginando um sistema tudo-em-um que seja relativamente compacto e fácil de usar - “como um SodaStream, mas em vez de esguichar CO2 para obter sua bebida gaseificada, é o hidrogênio liberado que vai para sua célula de combustível para gerar sua energia”, diz Hamilton.