Na narrativa de hoje sobre as mudanças climáticas, poluição, e diminuindo recursos, um combustível pode ser uma virada de jogo na indústria de energia:o hidrogênio. Quando queimado em um motor de combustão ou em uma usina elétrica, O combustível de hidrogênio produz apenas água - tornando-o muito mais limpo do que nossos combustíveis fósseis atuais. Sem produção de gás tóxico, nenhuma contribuição para a mudança climática, e sem poluição, o hidrogênio pode ser a resposta para um futuro de energia mais limpa, então por que não é mais amplamente usado?

Há duas razões para isso. Primeiro, o hidrogênio é altamente inflamável e vaza facilmente dos tanques de armazenamento, causando potenciais riscos de explosão durante o armazenamento e transporte. Segundo, embora o hidrogênio puro ocorra naturalmente na Terra, não é encontrado em quantidades suficientes para uma utilização econômica. Os átomos de hidrogênio devem ser extraídos de moléculas como metano ou água, que requer uma grande quantidade de energia. Embora existam várias técnicas para produzir combustível de hidrogênio, os cientistas ainda precisam tornar esse processo "eficiente" o suficiente para tornar o hidrogênio um combustível comercialmente competitivo no mercado de energia. Até que isso seja alcançado, os combustíveis fósseis provavelmente continuarão a dominar a indústria.

Por décadas, os cientistas têm trabalhado para encontrar uma solução barata, eficiente, e uma maneira segura de produzir combustível de hidrogênio. Um dos métodos mais promissores para conseguir isso é por meio de processos movidos a energia solar, usando a luz para acelerar (ou "catalisar") a reação para dividir as moléculas de água em gás oxigênio e hidrogênio. Na década de 1970, dois cientistas descreveram o efeito Honda-Fujishima, que usa dióxido de titânio como fotocatalisador na produção de hidrogênio. Com base nesta pesquisa, uma equipe de pesquisadores japoneses liderada pelo Prof Ken-ichi Katsumata da Universidade de Ciências de Tóquio, procurou usar um mais barato, catalisador semicondutor mais facilmente disponível para esta reação, com a esperança de aumentar ainda mais sua eficiência, reduzindo os custos de produção e segurança do combustível hidrogênio. Seu estudo foi publicado em Química:Um Jornal Europeu indica que, usando uma forma de ferrugem chamada α-FeOOH, A produção de hidrogênio sob irradiação de lâmpada de Hg-Xe pode ser 25 vezes maior do que o catalisador de dióxido de titânio sob a mesma luz.

O experimento conduzido pelo Prof Katsumata e colegas teve como objetivo abordar os desafios comuns encontrados no uso de catalisadores semicondutores na produção de hidrogênio movido a energia solar. Existem três obstáculos principais descritos pelos autores. O primeiro é a necessidade de o material catalisador ser adequado para o uso de energia luminosa. A segunda é que a maioria dos fotocatalisadores usados ​​atualmente requerem metais raros ou "nobres" como cocatalisadores, que são caros e difíceis de obter. O último problema surge da produção real de gases hidrogênio e oxigênio. Se não for separado imediatamente, a mistura desses dois gases pode, na melhor das hipóteses, reduzir a produção de hidrogênio combustível, e na pior das hipóteses, causar uma explosão. Portanto, eles visavam encontrar uma solução que não só pudesse aumentar a eficiência da reação, mas também evita com sucesso que o hidrogênio e o oxigênio se re-acoplem e criem um perigo potencial.

A equipe identificou um catalisador candidato promissor em α-FeOOH (ou ferrugem) e iniciou um experimento para avaliar sua eficiência para a produção de hidrogênio e as condições experimentais ideais para sua ativação. "Ficamos realmente surpresos com a geração de hidrogênio usando este catalisador, "afirma o Prof Katsumata, "porque a maioria dos óxidos de ferro não é conhecida por reduzir a hidrogênio. Posteriormente, pesquisamos a condição para ativar α-FeOOH e descobrimos que o oxigênio era um fator indispensável, que foi a segunda surpresa porque muitos estudos mostraram que o oxigênio suprime a produção de hidrogênio ao capturar os elétrons excitados. "A equipe confirmou o mecanismo de produção de hidrogênio a partir da solução de água-metanol usando um método de 'cromatografia gasosa-espectrometria de massa', mostrando que α-FeOOH foi 25 vezes mais ativo do que o catalisador de dióxido de titânio usado em pesquisas anteriores, apoiando a produção estável de hidrogênio por mais de 400 horas!

Mais pesquisas serão necessárias para otimizar este processo. O Prof Katsumata elabora:"A função específica do oxigênio na ativação do α-FeOOH induzida pela luz ainda não foi revelada. Portanto, explorar o mecanismo é o próximo desafio. "Por enquanto, essas descobertas de Katsumata e seus colegas representam novos avanços na produção de um produto limpo, fonte de energia com emissões zero que será central para as sociedades sustentáveis ​​do futuro!