Tecnologia Científica

Novo material poroso promissor para a produção de energia renovável a partir da água
Cientistas desenvolveram um material, carboneto de silício cúbico nanoporoso, que exibe propriedades promissoras para capturar energia solar e dividir a água para a produção de gás hidrogênio.
Por Linköping University - 22/03/2021


Carboneto de silício cúbico em água. Crédito: Thor Balkhed / LiU

Uma possível fonte de energia renovável é o gás hidrogênio produzido a partir da água com o auxílio da luz solar. Pesquisadores da Linköping University, Suécia, desenvolveram um material, carboneto de silício cúbico nanoporoso, que exibe propriedades promissoras para capturar energia solar e dividir a água para a produção de gás hidrogênio. O estudo foi publicado na revista ACS Nano .

"Novos sistemas de energia sustentável são necessários para atender aos desafios globais de energia e ambientais, como o aumento das emissões de dióxido de carbono e mudanças climáticas", disse Jianwu Sun, professor sênior do Departamento de Física, Química e Biologia da Universidade de Linköping, que liderou o novo estude.

O hidrogênio tem densidade de energia três vezes maior que a do petróleo. Ele pode ser usado para gerar eletricidade usando uma célula de combustível, e carros movidos a hidrogênio já estão disponíveis comercialmente. Quando o gás hidrogênio é usado para produzir energia, o único produto formado é água pura . Em contraste, porém, o dióxido de carbono é criado quando o hidrogênio é produzido, uma vez que a tecnologia mais comumente usada hoje depende de combustíveis fósseis para o processo. Assim, 9-12 toneladas de dióxido de carbono são emitidas quando 1 tonelada de gás hidrogênio é produzida.

A produção de gás hidrogênio pela divisão das moléculas de água com o auxílio da energia solar é uma abordagem sustentável que poderia fornecer gás hidrogênio usando fontes renováveis ​​sem levar a emissões de dióxido de carbono. Uma grande vantagem deste método é a possibilidade de converter a energia solar em combustível que pode ser armazenado.

"As células solares convencionais produzem energia durante o dia, e a energia deve ser usada imediatamente ou armazenada, por exemplo, em baterias. O hidrogênio é uma fonte promissora de energia que pode ser armazenada e transportada da mesma forma que os combustíveis tradicionais, como gasolina e diesel ", diz Jianwu Sun.

No entanto, não é uma tarefa fácil dividir a água usando a energia da luz solarpara dar gás hidrogênio. Para que isso aconteça, é necessário encontrar materiais de baixo custo que tenham as propriedades certas para a reação em que a água (H2O) é dividida em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) por fotoeletrólise. A energia da luz solar que pode ser usada para dividir a água está principalmente na forma de radiação ultravioleta e luz visível. Portanto, é necessário um material que possa absorver com eficiência essa radiação para criar cargas que podem ser separadas e ter energia suficiente para dividir as moléculas de água em gases de hidrogênio e oxigênio. A maioria dos materiais investigados até agora são ineficientes na maneira como usam a energia da luz solar visível (dióxido de titânio, TiO2, por exemplo, absorve apenas luz solar ultravioleta) ou não têm as propriedades necessárias para dividir a água a gás hidrogênio (por exemplo, silício, Si).

O grupo de pesquisa de Jianwu Sun investigou carboneto de silício cúbico, 3C-SiC. Os cientistas produziram uma forma de carboneto de silício cúbico que possui muitos poros extremamente pequenos. O material, que eles chamam de 3C-SiC nanoporoso, tem propriedades promissoras que sugerem que pode ser usado para produzir gás hidrogênio a partir da água usando a luz solar. O presente estudo foi publicado na revista ACS Nano, e nele os pesquisadores mostram que esse novo material poroso pode prender e coletar ultravioleta e a maior parte da luz solar visível com eficiência. Além disso, a estrutura porosa promove a separação das cargas que possuem a energia necessária, enquanto os pequenos poros proporcionam uma maior área de superfície ativa. Isso melhora a transferência de carga e aumenta o número de locais de reação, aumentando ainda mais a eficiência de divisão da água.

"O principal resultado que mostramos é que o carboneto de silício cúbico nanoporoso tem uma maior eficiência de separação de carga, o que torna a divisão da água em hidrogênio muito melhor do que quando se usa carboneto de silício planar", diz Jianwu Sun.

 

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