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Pesquisadores utilizam pilhas descartadas para acelerar produção de hidrogênio combustível

07/10/2023

Alarmado pelas mudanças extremas do clima, o mundo tem acelerado a busca por combustíveis capazes de produzir energia limpa. As opções são muitas, promissoras e bem conhecidas: luz solar, vento e água são boas opções, mas que ainda dependem de eventos climáticos e de biomassa. Há também o hidrogênio (H₂), o elemento mais abundante do universo é capaz de armazenar uma grande quantidade de energia. Trata-se de um gás de baixo peso molecular, que pode ser produzido com facilidade a partir de fontes renováveis. E ainda há outra vantagem: a combustão do H₂ gera apenas vapor de água, o que o torna muito interessante, sob os pontos de vista econômico e ambiental.

Mas por que esta promessa de o hidrogênio ser o combustível do futuro ainda demora tanto a se concretizar? É que existem gargalos importantes nos seus processos de transporte e armazenamento. Estes são problemas que uma pesquisa realizada na UFV pode resolver para ajudar o Brasil a dar o grande passo como produtor de mais uma tecnologia para a obtenção de energia renovável.

O processo de obter hidrogênio combustível já está dominado. As fontes também são conhecidas e variadas. A água (H₂O), por exemplo, é uma fonte para a sua produção, assim como as reservas de gás natural. Até a gaseificação de bagaços de cana produz H₂ a partir do reaproveitamento de biomassa. O problema é fazer o hidrogênio chegar aonde precisa: no motor dos carros.

O custo da produção
Como o H₂ é altamente inflamável, precisa ser comprimido e liquefeito, como acontece com o gás de cozinha. Este, porém, é um processo muito caro. Além disso, os tanques de armazenamento não são capazes de dar total segurança ao risco de explosão - e é esse o obstáculo para a produção do combustível promissor. O transporte de um material tão perigoso é outro impedimento para a popularização do hidrogênio.

Para isso, também existem soluções advindas da ciência: já é possível “prender” quimicamente o H₂ em materiais sólidos, como os chamados borohidretos. Este material cristalino pode ser facilmente transportado em embalagens plásticas, até o local onde será transformado em H_2, para, finalmente, ser utilizado com segurança. O problema, porém, vem depois. Isso porque liberar o hidrogênio do material inerte requer o uso de catalisadores que fazem com que esta reação, naturalmente muito lenta, aconteça mais rapidamente e de forma controlada. Para isso, os químicos utilizam nanopartículas de metais que podem ser nobres (como platina) ou não (como níquel e cobalto), utilizando um material eletricamente ativo como suporte. A solução existe, mas é cara.

Possíveis soluções
A equipe do Programa Multicêntrico de Pós-graduação em Química da UFV encontrou, agora, uma solução que, além de eficiente, ainda reaproveita um material altamente danoso ao meio ambiente: pilhas usadas e descartadas. Por enquanto, há duas tecnologias já testadas com sucesso. A primeira consiste em desmontar as pilhas de Zn-C, retirar delas as hastes que contêm grafite e, quimicamente, transformá-lo em óxido de grafeno, material necessário para que haja a catálise e, como consequência, a produção rápida do hidrogênio. “O material é eletricamente ativo e mantém as nanopartículas de cobalto e níquel dispersas. É como se estivéssemos oferecendo um caminho alternativo mais rápido para que o H₂ se forme”, explicou o pesquisador Gabriel Henrique Sperandio, que desenvolveu a tecnologia.

A outra possibilidade desenvolvida na UFV consiste em retirar das baterias gastas um pó preto, chamado de pasta eletrolítica. Depois de seca e peneirada, são depositadas sobre ela nanopartículas de metais menos nobres que também possibilitam a transformação acelerada de borohidreto em gás H₂. O trabalho foi realizado pelo pesquisador Iterlandes Machado Junior. Agora, a equipe também está estudando maneiras de reaproveitar o subproduto dessa reação, o metaborato, transformado-o novamente em borohidreto, para, assim, fechar o ciclo de produção.

Segundo a professora Renata Lopes Moreira, orientadora das pesquisas, as novas tecnologias desenvolvidas para os materiais de suporte a partir do reaproveitamento de pilhas demonstraram efeito sinérgico significativo, com eficiência de quase 90% na retirada do hidrogênio preso ao material. Outra vantagem da tecnologia é o mesmo material pode ser reutilizado por 10 vezes com a mesma eficiência. “São tecnologias mais baratas que as usadas convencionalmente e ainda têm o mérito de reaproveitar as pilhas, que, quando descartadas de forma errada, em aterros sanitários, são altamente contaminantes para o solo e, consequentemente, para os lençóis de água subterrâneas”, disse ela.

Gabriel, Renata e Iterlandes são os criadores das novas tecnologias

O futuro
Os pesquisadores agora estão trabalhando com diferentes materiais, especialmente os que são baseados em nióbio como suporte de nanopartículas metálicas. As tecnologias estão em processo de registro de patentes. A ideia é criar uma startup para desenvolver escalas para o uso das tecnologias.

A equipe do Laboratório de Nanomateriais e Química Ambiental (LaNaQua) faz parte de uma rede constituída por 21 pesquisadores de sete universidades públicas de Minas Gerais, empenhados em criar alternativas seguras e ambientalmente viáveis para o uso de hidrogênio como combustível. Se depender deles, num futuro próximo, o combustível poderá ser levado dentro do carro com segurança, ser mais barato e gerar energia elétrica sob demanda. E ainda poderá ser produzido com a ajuda preciosa de material reciclado. É o que mundo precisa.

A pesquisa conta com apoio financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig)

Divulgação Institucional

A pesquisa citada nesta matéria está alinhada aos itens 7 (Energia limpa e acessível); 12 (Consumo e produção responsáveis); 13 ( Ação contra a mudança global do clima) dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS).