Método sustentável gera material de alta pureza para uso na produção de hidrogênio verde

Um grupo de pesquisadores vinculados ao Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) desenvolveu um método de purificação de materiais simples, econômico e de baixo impacto ambiental.

Com ele, os cientistas conseguiram melhorar a eficiência de um filme que pode ser usado em alguns processos de geração de hidrogênio verde.

Conhecido como ferrita de bismuto tipo mulita (Bi_₂Fe_₄O_₉), o material tem sido utilizado como fotoeletrocatalisador na geração de hidrogênio por fotoeletro-oxidação, processo no qual moléculas de água ou de derivados da biomassa são oxidadas usando a luz do Sol como fonte de energia.

O papel dos filmes de ferrita de bismuto no processo é absorver a luz e impulsionar as reações eletroquímicas que “separam” o hidrogênio das moléculas originais (água, glicerol, etanol etc.).

Entretanto, o desempenho desses fotoeletrocatalisadores apresentava limitações durante a produção de hidrogênio, devido, entre outros fatores, à presença de compostos indesejados dentro do próprio material – as chamadas fases secundárias.

Agora, a pesquisa dos membros do CINE, realizada em laboratórios da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), trouxe uma solução ao problema: um método de purificação que conseguiu eliminar esses compostos indesejados.

“O processo melhorou significativamente a performance do material na fotoeletro-oxidação de moléculas orgânicas”, relata Pablo Fernández, professor da Unicamp e coautor do artigo que reporta a descoberta no periódico Electrochimica Acta.

“Embora ainda estejamos longe de um desempenho adequado para a aplicação em um sistema real, sendo que vários outros aspectos precisam ser aprimorados, este é um passo importante na produção de um material barato e sustentável, com aplicação na geração de hidrogênio verde e purificação da água [dentre outras] por métodos fotoeletroquímicos”, completa o cientista.

A sorte favorece os preparados

O estudo foi conduzido durante o doutorado de Bruno Leuzinger da Silva, no Instituto de Química da Unicamp, com orientação da professora Ana Flávia Nogueira, que também é membro do CINE e coautora do artigo.

O aluno estava testando o desempenho de filmes de ferrita de bismuto na oxidação de moléculas de glicerol, com o objetivo de produzir hidrogênio verde, quando observou que o material mudava ao longo do tempo.

Posteriormente, estudos detalhados revelaram o motivo das mudanças: ao interagir com o glicerol e com a luz, o material se purificava espontaneamente.

Finalmente, testes realizados com filmes purificados mostraram que eles apresentavam melhor desempenho na geração de hidrogênio.

A partir da descoberta, a equipe formulou o método fotoeletroquímico de purificação que foi publicado no artigo científico.

Nesse método, o material a ser purificado é colocado em contato com glicerol.

Ao receber luz, determinadas reações eletroquímicas envolvendo o material e o glicerol acontecem e as fases secundárias desaparecem.

O método usa, basicamente, eletricidade, luz e glicerol, que é um composto renovável, biodegradável, não tóxico e amplamente disponível por ser um abundante subproduto da produção de biodiesel.

Esta descoberta abre possibilidades de desenvolvimento de materiais de alta pureza, eficientes e de baixo custo, que podem ser usados para impulsionar diversas reações fotoeletroquímicas importantes para aplicações como a produção sustentável de combustíveis e matérias-primas e o tratamento de efluentes.

A pesquisa contou com apoio da FAPESP por meio de quatro projetos (17/11986-5, 20/04431-0, 21/02678-0 e 23/02929-9), bem como financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), da Shell e suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo Photoelectrochemical Bi₂Fe₄O₉ phase purification – Removing the phase Bi2O3 from Bi₂Fe₄O₉/Bi₂O₃ thin films pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013468625002154?via%3Dihub.

* Com informações do CINE, um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por FAPESP e Shell.