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 (Bi₂Fe₄O₉), 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.