O hidrogênio verde, produzido com energia renovável a partir da eletrólise da água, é a grande promessa do setor energético. Países como a Espanha confiam o seu futuro a este vetor energético, mas é necessária mais investigação para tornar sustentável a sua produção em escala. E nisso o Japão leva vantagem.
Um pouco de contexto. Nos últimos anos, os eletrolisadores do tipo PEM, que utilizam uma membrana de troca de prótons como eletrólito, vêm ganhando popularidade na produção de hidrogênio devido à sua maior eficiência e capacidade de responder rapidamente a fontes de energia intermitentes.
O problema com os eletrolisadores do tipo PEM é que eles são mais caros. Eles precisam de catalisadores eficientes e resistentes à corrosão em ácidos, por isso usam platina ou irídio, metais raros e caros.
Em busca do catalisador barato. Os catalisadores de irídio mantêm a reação de evolução do oxigênio por mais tempo e permitem a produção de grandes volumes de hidrogênio. Existe algum material barato que possa fazer o mesmo?
Pesquisadores do Instituto RIKEN, no Japão, partiram de um metal comum, o manganês, e modificaram sua estrutura tridimensional para obter o primeiro eletrolisador PEM eficiente e duradouro sem metais raros.
O segredo está na sua estrutura 3D. Os pesquisadores desenvolveram um catalisador de óxido de manganês (MnO2) manipulando a estrutura reticular do material para formar ligações mais fortes com os átomos de oxigênio.
O MnO2 melhorado é muito mais estável do que outros catalisadores de metais não nobres e mantém a reação com a água por muito mais tempo.
1.000% mais hidrogênio. De acordo com um estudo publicado na Nature Catalysis, o MnO2 multiplica por 40 a vida útil de outros catalisadores baratos. O material é mais resistente à dissolução em ácido e mais estável durante a reação.
Em testes de laboratório, o catalisador operou por mais de mil horas a 200 mA/cm², produzindo uma quantidade de hidrogênio 10 vezes maior que outros materiais.
Este é apenas o começo. Ainda há trabalho a ser feito para que o novo material seja instalado em eletrolisadores industriais, mas os pesquisadores acreditam que a descoberta desempenhará um papel crucial na produção sustentável de hidrogênio.
Modificações futuras na estrutura do manganês poderiam aumentar ainda mais a densidade de corrente suportada pelo material e a vida útil do catalisador, com o objetivo de longo prazo de permitir que a eletrólise da água seja livre de irídio.
Imagem | Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis
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