p Uma equipe de cientistas liderada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) descobriu os parâmetros que determinam a eficiência de uma classe de catalisadores de baixo custo chamados óxidos de espinélio - uma descoberta que quebra um gargalo na extração de hidrogênio da água por meio da eletrólise, o processo de dividir a água com a eletricidade. p Um grande desafio desse processo está na perda de energia à medida que ocorrem as reações químicas envolvidas na eletrólise da água, elevando o custo de produção de hidrogênio por meio desse método. Os catalisadores são, portanto, necessários para acelerar essas reações químicas.

p Óxidos de espinélio, que são normalmente feitos de metais de transição baratos, têm atraído interesse nos últimos anos como um estábulo, catalisador de baixo custo que poderia superar este desafio, mas o projeto de óxidos de espinélio de alto desempenho foi prejudicado pela falta de compreensão de como eles funcionam.

p Agora, O professor associado da NTU Cingapura, Jason Xu Zhichuan, e sua equipe fizeram dois avanços importantes. Eles se desvendaram, na escala atômica, como os óxidos de espinélio funcionam para acelerar a eletrólise da água. Preparado com esse novo entendimento, a equipe então usou o aprendizado de máquina para selecionar novos óxidos de espinélio com maior atividade catalítica, tornando a eletrólise da água mais eficiente.

p Essas descobertas trazem a equipe um passo mais perto de tornar a divisão da água uma abordagem adequada para a fabricação em larga escala de gás hidrogênio, que foi destacado pela Autoridade do Mercado de Energia como uma possível alternativa de baixo carbono para reduzir a pegada de carbono de Cingapura, uma vez que visa reduzir pela metade suas emissões de gases de efeito estufa de pico até 2050. Isso está de acordo com as tendências globais - a União Europeia, por exemplo, recentemente revelou sua estratégia para o hidrogênio como uma parte importante da solução para cumprir a meta de neutralidade climática para 2050 do Acordo Verde Europeu.

p O Professor Associado Xu da Escola de Ciências e Engenharia de Materiais da NTU disse:"Para melhorar o desempenho dos óxidos de espinela, precisamos de uma compreensão mais profunda de como eles funcionam como catalisadores para tornar a eletrólise da água mais eficiente. Agora, identificando os parâmetros que tornam os óxidos de espinela bons catalisadores para este processo, podemos criar novos, melhores óxidos de espinélio com base nesses parâmetros, trazendo-nos um passo mais perto de uma economia movida a hidrogênio. "

p Os resultados foram publicados em jornal científico Catálise Natural em julho.

p Um passo mais perto de uma economia movida a hidrogênio

p Extração de hidrogênio da eletrólise da água, quando alimentado por fontes de energia renováveis, como eólica ou solar, é uma abordagem atraente para produzir combustível de hidrogênio, que tem o potencial de substituir os combustíveis fósseis usados ​​em usinas de energia, transporte, e o processo de abastecimento.

p O hidrogênio também é atraente como uma alternativa viável às opções tradicionais de armazenamento de energia, como baterias de íon de lítio, que perdem gradualmente a carga com o tempo.

p O processo de eletrólise da água ocorre em um eletrolisador, onde duas reações químicas principais ocorrem quando a água é dividida:uma resulta na produção de hidrogênio, enquanto o outro leva à produção de oxigênio, e os dois gases são mantidos separados por uma membrana.

p Assoc Prof Xu, que também faz parte do Instituto de Pesquisa Energética da NTU, disse que o principal gargalo está na reação química que leva à geração de oxigênio do outro lado, conhecida como reação de revolução do oxigênio.

p Ele disse:"A reação de evolução do oxigênio é crítica para a eficiência dos dispositivos que dividem a água para produzir combustível de hidrogênio, mas também é uma reação química lenta que reduz a eficiência geral de conversão de energia. É por isso que precisamos de catalisadores como óxidos de metal para acelerar as coisas. "

p Embora os óxidos de metais preciosos tenham provado ser catalisadores de última geração que reduzem o consumo de energia e aumentam a eficiência de conversão de energia, sua escassez, o alto custo e a baixa durabilidade têm limitado sua aplicação em grande escala.

p Óxidos de espinélio, com seu baixo custo e disponibilidade em abundância, poderia se tornar uma alternativa viável se fossem projetados com os parâmetros corretos, como o tipo de metal de transição no óxido de espinela, para aumentar a atividade catalítica, disse Assoc Prof Xu.

p Com base nos principais parâmetros que a equipe identificou, a equipe treinou um modelo de aprendizado de máquina com um conjunto de dados de mais de 300 óxidos de espinélio para filtrar e prever a eficiência de qualquer catalisador de óxido de espinélio em questão de segundos.

p Usando este método, a equipe descobriu que um novo óxido composto de manganês e alumínio apresentava atividade catalítica superior. Isso foi validado experimentalmente.

p Assoc Prof Xu disse:"Embora a capacidade de projetar catalisadores altamente eficientes impulsione muito a técnica de eletrólise de água na produção de hidrogênio, há dois outros gargalos principais que devemos examinar antes que a adoção generalizada dessa técnica seja possível. Em primeiro lugar, temos que melhorar a membrana em tais eletrolisadores alcalinos para apoiar a produção de hidrogênio a longo prazo. Quando isso for feito, então, podemos trabalhar com nossos colegas de engenharia para ver como podemos colocar todas essas atualizações em um eletrolisador que pode funcionar em um nível industrial. "