Durante décadas, pesquisadores de todo o mundo buscaram maneiras de usar a energia solar para gerar a reação chave para a produção de hidrogaªnio como fonte de energia limpa - dividindo as moléculas de águapara formar hidrogaªnio e oxigaªnio. No entanto, tais esforços falharam principalmente porque fazaª-lo bem era muito caro e tentar fazaª-lo com um custo baixo levava a um desempenho ruim.

Agora, pesquisadores da Universidade do Texas em Austin descobriram uma maneira de baixo custo de resolver metade da equação, usando a luz solar para separar com eficiência as moléculas de oxigaªnio da a¡gua. A descoberta, publicada recentemente na Nature Communications , representa um passo em frente em direção a uma maior adoção do hidrogaªnio como uma parte fundamental de nossa infraestrutura de energia.

Já na década de 1970, os pesquisadores investigavam a possibilidade de usar a energia solar para gerar hidrogaªnio. Mas a incapacidade de encontrar materiais com a combinação de propriedades necessa¡rias para um dispositivo que pode realizar as principais reações químicas com eficiência evitou que ele se tornasse um manãtodo convencional.

"Vocaª precisa de materiais que sejam bons para absorver a luz solar e, ao mesmo tempo, não se degradem enquanto ocorrem as reações de divisão da a¡gua", disse Edward Yu, professor do Departamento de Engenharia Elanãtrica e de Computação da Escola Cockrell. "Acontece que os materiais que são bons em absorver a luz solar tendem a ser insta¡veis ​​nas condições exigidas para a reação de divisão da a¡gua, enquanto os materiais esta¡veis ​​tendem a ser fracos na absorção de luz solar. Esses requisitos conflitantes levam vocêa uma compensação aparentemente inevita¡vel , mas combinando vários materiais - um que absorve com eficiência a luz solar, como o sila­cio, e outro que fornece boa estabilidade, como o dia³xido de sila­cio - em um aºnico dispositivo, esse conflito pode ser resolvido. "

No entanto, isso cria outro desafio - os elanãtrons e buracos criados pela absorção da luz solar no sila­cio devem ser capazes de se mover facilmente atravanãs da camada de dia³xido de sila­cio. Isso geralmente requer que a camada de dia³xido de sila­cio não tenha mais do que alguns nana´metros, o que reduz sua eficácia na proteção do absorvedor de sila­cio da degradação.

A chave para essa inovação veio por meio de um manãtodo de criação de caminhos eletricamente condutores atravanãs de uma espessa camada de dia³xido de sila­cio que pode ser executada a baixo custo e dimensionada para altos volumes de fabricação. Para chegar la¡, Yu e sua equipe usaram uma técnica implantada inicialmente na fabricação de chips eletra´nicos semicondutores. Ao revestir a camada de dia³xido de sila­cio com uma fina pela­cula de aluma­nio e, em seguida, aquecer toda a estrutura, formam-se matrizes de "pontas" de aluma­nio em nanoescala que unem completamente a camada de dia³xido de sila­cio . Estes podem então ser facilmente substitua­dos por na­quel ou outros materiais que ajudam a catalisar as reações de separação da a¡gua.

Quando iluminados pela luz solar, os dispositivos podem oxidar águacom eficiência para formar moléculas de oxigaªnio, ao mesmo tempo que geram hidrogaªnio em um eletrodo separado e exibem excelente estabilidade sob operação prolongada. Como as técnicas empregadas para criar esses dispositivos são comumente usadas na fabricação de eletra´nicos semicondutores, eles devem ser fa¡ceis de escalonar para a produção em massa.

A equipe entrou com um pedido provisãorio de patente para comercializar a tecnologia.

Melhorar a maneira como o hidrogaªnio égerado éa chave para seu surgimento como uma fonte de combusta­vel via¡vel. A maior parte da produção de hidrogaªnio hoje ocorre por meio do aquecimento a vapor e metano, mas isso depende muito de combusta­veis fa³sseis e produz emissaµes de carbono.

Ha¡ um impulso para o 'hidrogaªnio verde', que usa manãtodos mais ecola³gicos para gerar hidrogaªnio. E simplificar a reação de divisão da águaéuma parte fundamental desse esfora§o.

O hidrogaªnio tem potencial para se tornar um importante recurso renova¡vel com algumas qualidades únicas. Já desempenha um papel importante em processos industriais importantes e comea§a a aparecer na indústria automotiva. As baterias de canãlula de combusta­vel parecem promissoras em caminhaµes de longa distância, e a tecnologia do hidrogaªnio pode ser uma baªnção para o armazenamento de energia, com a capacidade de armazenar o excesso de energia ea³lica e solar produzida quando as condições são propa­cias.

No futuro, a equipe trabalhara¡ para melhorar a eficiência da porção de oxigaªnio da separação da a¡gua, aumentando a taxa de reação. O pra³ximo grande desafio dos pesquisadores éentão passar para a outra metade da equação.

"Fomos capazes de abordar o lado do oxigaªnio da reação primeiro, que éa parte mais desafiadora", disse Yu, "mas vocêprecisa realizar as reações de evolução do hidrogaªnio e do oxigaªnio para dividir completamente as moléculas de água, então épor isso que nosso pra³ximo passo éexaminar a aplicação dessas ideias para fazer dispositivos para a porção de hidrogaªnio da reação. "