Os cientistas descobriram uma forma de transformar resíduos metálicos num catalisador altamente eficiente para produzir hidrogénio a partir da água, uma descoberta que poderá tornar a produção de hidrogénio mais sustentável.



Uma equipe de pesquisadores da Escola de Química e da Faculdade de Engenharia da Universidade de Nottingham descobriu que a superfície dos cavacos, um subproduto da indústria de usinagem de metal, é texturizada com pequenos degraus e ranhuras em nível de nanoescala. Essas texturas podem ancorar átomos de platina ou cobalto, levando a um eletrocatalisador eficiente que pode dividir a água em hidrogênio e oxigênio. A pesquisa foi publicada no Journal of Material Chemistry A .

O hidrogênio é um combustível limpo que pode ser usado para gerar calor ou fornecer energia a veículos, e o único subproduto de sua combustão é o vapor d'água. No entanto, a maioria dos métodos de produção de hidrogénio depende de matérias-primas de combustíveis fósseis. A eletrólise da água é um dos caminhos verdes mais promissores para a produção de hidrogénio, uma vez que requer apenas água e eletricidade.

A indústria enfrenta um desafio com a eletrólise da água, pois este processo requer elementos raros e caros como a platina para catalisar a divisão da água. Com a oferta global limitada e o aumento dos preços dos metais preciosos, há uma necessidade urgente de materiais eletrocatalisadores alternativos para produzir hidrogénio a partir da água.

Jesum Alves Fernandes, Escola de Química da Universidade de Nottingham, que liderou a equipe de pesquisa, disse:"Só as indústrias do Reino Unido geram milhões de toneladas de resíduos metálicos anualmente. Usando um microscópio eletrônico de varredura, fomos capazes de inspecionar o superfícies aparentemente lisas de limalhas de aço inoxidável, titânio ou liga de níquel.

"Para nossa surpresa, descobrimos que as superfícies tinham sulcos e cristas com apenas dezenas de nanômetros de largura. Percebemos que esta superfície nanotexturizada poderia representar uma oportunidade única para a fabricação de eletrocatalisadores."

Os pesquisadores usaram a pulverização catódica de magnetron para criar uma “chuva” de átomos de platina na superfície da limalha. Esses átomos de platina então se reúnem em nanopartículas que se encaixam perfeitamente nas ranhuras em nanoescala.

Madasamy Thangamuthu, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Nottingham que foi responsável pela análise da estrutura e atividade eletrocatalítica dos novos materiais, diz:"É notável que sejamos capazes de produzir hidrogênio a partir de água usando apenas um décimo de a quantidade de carga de platina em comparação com catalisadores comerciais de última geração.

"Ao espalhar apenas 28 microgramas do metal precioso em 1 cm² da limalha, conseguimos criar um eletrolisador em escala laboratorial que opera com 100% de eficiência e produz 0,5 litro de gás hidrogênio por minuto apenas a partir de uma única limalha. "

O grupo está fazendo parceria com a AqSorption Ltd, uma empresa com sede em Nottingham especializada em projeto e fabricação de eletrolisadores para ampliar sua tecnologia. O professor Andrei Khlobystov, da Escola de Química da Universidade de Nottingham, disse:"Os eletrocatalisadores feitos de limalha têm o potencial de causar um grande impacto na economia. Nossa tecnologia exclusiva desenvolvida em Nottingham, que envolve o crescimento átomo por átomo de partículas de platina em superfícies nanotexturizadas , resolveu dois grandes desafios.

“Em primeiro lugar, permite a produção de hidrogénio verde utilizando a menor quantidade possível de metais preciosos e, em segundo lugar, recicla resíduos metálicos da indústria aeroespacial, tudo num único processo.”

O Cluster Carbono Zero foi criado em East Midlands para acelerar o desenvolvimento e a implantação da inovação nas indústrias verdes e na produção avançada.

O professor Tom Rodden, PVC para Pesquisa e Intercâmbio de Conhecimento da Universidade de Nottingham, disse:"O desenvolvimento de sistemas de propulsão a hidrogênio pode ser um passo significativo para enfrentar alguns dos desafios de carbono zero mais urgentes do mundo, especialmente para as indústrias de transporte e manufatura. No entanto, o sucesso desta estratégia depende da produção sustentável de hidrogénio verde, como através da divisão da água através da eletrólise, e isto, por sua vez, requer avanços no design de materiais."

Mais informações: De sucata a eletrodos altamente eficientes:aproveitando a superfície nanotexturizada de cavacos para utilização eficaz de Pt e Co na produção de hidrogênio, Journal of Material Chemistry A (2024). DOI:10.1039/d4ta00711e
Fornecido pela Universidade de Nottingham