Pesquisa brasileira de universidades públicas consegue produzir hidrogênio com reator solar

Um sistema revolucionário capaz de produzir hidrogênio sem emitir carbono, usando apenas luz solar, água e materiais amplamente disponíveis no Brasil, foi desenvolvido por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE), que fica na Unicamp, em parceria com pesquisadores de outras universidades públicas.

A conquista, que foi publicada em um artigo científico recente no periódico ACS Energy Letters, é importante porque produz o chamado hidrogênio verde, que é uma forma sustentável de hidrogênio produzida pela eletrólise da água (separando H₂ e O₂) usando eletricidade de fontes renováveis (solar, eólica), sem emitir gases poluentes, sendo uma alternativa limpa para descarbonizar setores difíceis como indústria pesada e transporte que usam combustível fóssil. O hidrogênio verde gera apenas água como subproduto e funciona como combustível de energia limpa.

O protótipo do equipamento, chamado fotoeletrolisador, foi testado com sucesso, tanto em laboratório quanto ao ar livre. O desenvolvimento e os testes da pesquisa foram realizados no CNPEM, também em Campinas, por um grupo de seis pesquisadores, liderados por Flávio Leandro de Souza, professor da Universidade Federal do ABC (UFABC), pesquisador do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e membro do CINE.

A equipe contou com a colaboração do professor Renato Gonçalves, do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP), para construir o simulador de luz solar que foi usado nos testes laboratoriais.

“Neste trabalho, apresentamos um avanço essencial nesse caminho ao superar um dos principais gargalos da área: a obtenção de um fotoânodo de hematita eficiente, estável e escalonável”, disse Flavio Leandro de Souza.

Fotoeletrolisadores ainda não estão no mercado, mas representam uma possibilidade para a produção de hidrogênio verde. Diferentemente dos eletrolisadores convencionais, são autossuficientes do ponto de vista energético, ou seja, não precisam se conectar a uma fonte de energia para funcionar porque possuem um fotoânodo.

O fotoânodo é um dos dois eletrodos de um fotoeletrolisador. É capaz de absorver luz solar e utilizar diretamente a sua energia para promover uma série de reações eletroquímicas que, no final, resultam no desprendimento do hidrogênio da molécula de água. Entretanto, a produção em escala de fotoânodos eficientes e estáveis, usando materiais abundantes e de baixo custo, desafia a comunidade científica há décadas.

Nos testes realizados em laboratório com um simulador de luz solar, o sistema funcionou de forma estável durante 120 horas. Além disso, um protótipo formado por dois fotoeletrolisadores foi testado ao ar livre e manteve a mesma eficiência verificada no laboratório, além de demonstrar robustez.

Atualmente, os autores estão trabalhando no desenvolvimento do outro eletrodo do fotoeletrolisador, o cátodo. A ideia é que esse dispositivo também use apenas a luz do Sol como fonte de energia. “O próximo passo, já em andamento, é um módulo operando 100% com irradiação solar, com cada fotorreator composto por fotoânodo e fotocátodo”, diz Souza.

Aumentar ainda mais a escala da produção dos equipamentos está dentro dos planos dos autores do trabalho, mas isso exige investimentos significativos em infraestrutura e segurança para fazer os testes necessários. “É uma etapa crucial, e a colaboração com empresas interessadas é essencial”, ressalta o pesquisador.

O CINE é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) constituído pela FAPESP e pela Shell em 2018. É sediado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras. A pesquisa também contou com financiamento da FAPESP por meio do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol) .

O artigo Photoelectrode Fabrication and Modular PEC Reactor Integration for Stable Solar Hydrogen Production pode ser lido em: pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c02340. (Com informações da Ag Fapesp e Cine)