Estudantes conseguem produzir hidrogênio verde com Luz de LEDs

Estudantes desenvolvem catalisador que utiliza Luz de LEDs para a produção de Hidrogênio Verde. A tecnologia utiliza materiais de baixo custo.

Estudantes desenvolveram um novo catalisador produzido apenas com materiais de baixo custo e disponíveis comercialmente, utilizando apenas o poder da luz de LEDs para transformar amônia em hidrogênio verde, o combustível limpo do futuro. Esta é a segunda inovação no segmento em poucos meses, entretanto o trabalho de Yigao Yuan e colegas da Universidade Rice, nos EUA, é a mais próxima do uso comercial do que a produção de hidrogênio através da separação fotocatalítica da água, apresentada recentemente por uma equipe de estudantes da Universidade de Viena, na Áustria.

Testes comprovam eficiência 500 vezes maior com uso de LEDs

Yuan e outros estudantes desenvolveram um fotocatalisador produzido com cobre e ferro, substituindo o caro rutênio, um metal nobre do grupo da platina. Após testar o funcionamento da fotocatálise em laboratório, utilizando lasers, a equipe conseguiu repetir o feito utilizando reatores iluminados por LEDs, que já estão sendo vendidos no mercado.

Os testes realizados pelos estudantes mostram que os catalisadores conseguiram manter sua eficiência sob iluminação de LEDs e em uma escala 500 vezes superior em relação à configuração do laboratório. Segundo Naomi Halas, professora e coordenadora da equipe, metais de transição, como é o caso do ferro, são geralmente termocatalisadores ruins, desta forma, este estudo com hidrogênio verde mostra que os mesmos podem ser fotocatalisadores plasmônicos eficientes e também demonstra que a fotocatálise pode ser realizada de forma eficiente com fontes de fótons LED de baixo custo.

Os melhores termocatalisadores são gerados através de platina e metais preciosos do mesmo grupo como paládio, rutênio e ródio. Entretanto, os estudantes estão centrando, há alguns anos, sua atenção em nanopartículas metálicas ativadas pela luz, ou nanopartículas plasmônicas. Este nome é devido aos plásmons de superfície, uma espécie de eletricidade gerada por luz na superfície dos metais.

Substituição de metais preciosos por metais comuns

Apesar dos melhores fotocatalisadores plasmônicos também serem feitos com metais raros, como o ouro e prata, a equipe havia descoberto que nanopartículas plasmônicas  emitem elétrons de curta duração e alta energia, que recebem o nome de portadores quentes, o que levou a gerar partículas híbridas, unindo as nanopartículas plasmônicas com nanopartículas catalíticas, gerando o que os estudantes nomeiam de reatores-antena, tendo em vista que as partículas capturam a luz dos LEDs como se fossem uma antena, e utilizam sua energia para gerar reações químicas com altíssima precisão.

Agora, a equipe conseguiu substituir os catalisadores de metais raros por metais mais baratos, construindo reatores-antena com partículas de cobre e ferro, demonstrando que os mesmos são altamente eficientes na produção de hidrogênio verde a partir da amônia, um composto químico altamente disponível e utilizado pela indústria química.

Geração de Hidrogênio Verde descentralizada

O grande passo para transformar essa descoberta de uma curiosidade de laboratório em uma aplicação prática veio quando os resultados se repetiram em reatores comuns, iluminados por LEDs. Segundo Naomi, este é o primeiro relato capaz de mostrar que a fotocatálise com LEDs pode gerar quantidades em escala de grama de gás hidrogênio por meio da amônia, podendo abrir portas para substituir por completo os metais preciosos na fotocatálise plasmônica.

Apesar da equipe estar entusiasmada em que será possível escalonar a tecnologia, de gramas para toneladas, o conceito já é interessante para geração descentralizada de hidrogênio combustível, utilizando reatores de baixo custo e pequenos.

De acordo com o membro da equipe, professor Peter Nordlander, esta descoberta abre caminho para o hidrogênio sustentável e de baixo custo que pode ser fabricado localmente, em vez de em grandes usinas centralizadas.

Fonte: Artigo: Earth-abundant photocatalyst for H2 generation from NH3 with light-emitting diode illumination