Tecnologia Científica

Equipe propõe 'nano-chocolates' como uma nova forma de armazenar hidrogênio
Armazenar hidrogênio é caro: ou o gás tem que ser mantido em tanques pressurizados, a até 700 bar, ou deve ser liquefeito, o que significa resfriá-lo a menos 253 graus Celsius. Ambos os procedimentos consomem energia adicional.
Por Deutsches Elektronen-Synchrotron - 27/12/2021


As nanopartículas de paládio (verdes) são estabilizadas por um núcleo de irídio (vermelho). O hidrogênio pode se acumular em sua superfície como uma espécie de cobertura de chocolate - e pode ser liberado novamente pelo aquecimento. Crédito: DESY, Andreas Stierle

Uma abordagem inovadora poderia transformar nanopartículas em reservatórios simples para armazenar hidrogênio. O gás altamente volátil é considerado um portador de energia promissor para o futuro, que poderia fornecer combustíveis ecológicos para aviões, navios e caminhões, por exemplo, além de permitir a produção de aço e cimento ecologicamente correta - dependendo de como o gás hidrogênio é gerado. No entanto, armazenar hidrogênio é caro: ou o gás tem que ser mantido em tanques pressurizados, a até 700 bar, ou deve ser liquefeito, o que significa resfriá-lo a menos 253 graus Celsius. Ambos os procedimentos consomem energia adicional.

Uma equipe liderada por Andreas Stierle da Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) lançou as bases para um método alternativo: armazenar hidrogênio em pequenas nanopartículas feitas do precioso metal paládio , com apenas 1,2 nanômetros de diâmetro. O fato de que o paládio pode absorver hidrogênio como uma esponja é conhecido há algum tempo. "No entanto, até agora, retirar o hidrogênio do material novamente representava um problema", explica Stierle. "É por isso que estamos testando partículas de paládio com apenas cerca de um nanômetro de diâmetro." Um nanômetro é um milionésimo de milímetro.

Para garantir que as partículas minúsculas sejam suficientemente resistentes, elas são estabilizadas por um núcleo feito do raro metal precioso irídio. Além disso, eles são fixados a um suporte de grafeno, uma camada extremamente fina de carbono. “Somos capazes de anexar as partículas de paládio ao grafeno em intervalos de apenas dois nanômetros e meio”, relata Stierle, que é o chefe do DESY NanoLab. "Isso resulta em uma estrutura regular e periódica." A equipe, que também inclui pesquisadores das Universidades de Colônia e Hamburgo, publicou suas descobertas na revista ACS Nano da American Chemical Society (ACS) .

A fonte de raios X do DESY, PETRA III, foi usada para observar o que acontece quando as partículas de paládio entram em contato com o hidrogênio: Essencialmente, o hidrogênio adere às superfícies das nanopartículas, com quase nenhuma penetração dentro. As nanopartículas podem ser retratadas como chocolates: uma noz de irídio no centro, envolvida por uma camada de paládio, em vez de maçapão, e revestida de chocolate na parte externa pelo hidrogênio. Para recuperar o hidrogênio armazenado, basta adicionar uma pequena quantidade de calor; o hidrogênio é rapidamente liberado da superfície das partículas, porque as moléculas de gás não precisam sair de dentro do aglomerado.

“Em seguida, queremos descobrir quais densidades de armazenamento podem ser alcançadas usando esse novo método”, diz Stierle. No entanto, alguns desafios ainda precisam ser superados antes de prosseguir para as aplicações práticas. Por exemplo, outras formas de estruturas de carbono podem ser um carreador mais adequado do que o grafeno - os especialistas estão considerando o uso de esponjas de carbono, contendo poros minúsculos. Quantidades substanciais de nanopartículas de paládio devem caber dentro delas.

A última edição da revista de pesquisa DESY, femto, examina este e outros conceitos inovadores para a economia do hidrogênio e um fornecimento de energia sustentável. A revista explica como a pesquisa fundamental pode contribuir para inovações para a transição energética. Não se trata apenas de usar o hidrogênio como portador de energia, mas também de células solares sustentáveis ​​e novas formas de geração de energia, além de alcançar maior eficiência energética na própria pesquisa, ao operar grandes aceleradores de partículas, por exemplo.

 

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