Uma equipe de pesquisa composta pelo NIMS e pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio identificou materiais capazes de catalisar a conversão de orto-hidrogênio em para-hidrogênio. Esses catalisadores devem ser essenciais para a disseminação do transporte/armazenamento em massa de hidrogênio líquido. A pesquisa é publicada na revista Exploration .



O hidrogénio está a tornar-se amplamente aceite como uma fonte de energia alternativa aos combustíveis fósseis. A sua liquefação (a temperaturas inferiores a -253°C e sob pressões superiores a uma atmosfera) pode reduzir drasticamente o seu volume, tornando-o adequado para transporte e armazenamento. Moléculas de hidrogênio (H₂ ) - cada um composto por dois átomos de hidrogênio - existem em duas formas isoméricas:orto- e para-H₂ .

Em condições normais, orto- e para-H₂ estão presentes na proporção de 3:1, com orto-H₂ ligeiramente mais instável energeticamente que para-H₂ . Resfriando gradualmente H₂ à sua temperatura de liquefação faz com que todo orto-H₂ para converter para para-H₂ , produzindo líquido estável H₂ .

Resfriamento rápido de H₂ sob alta pressão - necessária para a liquefação - atrasa a conversão orto-para-para durante o processo de resfriamento, deixando quantidades consideráveis ​​de orto-H₂ no líquido H₂ produzido. O resíduo orto-H₂ moléculas continuam a isomerizar em para-H₂ durante o armazenamento, provocando a vaporização parcial do líquido H₂ e resultando em perda significativa de H₂ e energia.

A escolha de catalisadores adequados antes do processo de liquefação pode resolver este problema devido à conversão acelerada de orto para para. Contudo, os catalisadores existentes eram incapazes de acelerar adequadamente a conversão e era, portanto, desejável desenvolver outros mais eficazes.

Esta equipe de pesquisa avaliou a capacidade de mais de 170 materiais sólidos – incluindo metais e cristais iônicos – de catalisar a conversão orto-para-para. A equipe descobriu que o óxido de manganês (Mn₃ O₄ ) e o óxido de cobalto (CoO) exibiram desempenho catalítico significativamente maior do que os catalisadores convencionais à base de óxido de ferro. Além disso, a equipe identificou os principais fatores que influenciam as atividades catalíticas desses materiais na aceleração da conversão orto-para-.

A liquefação de hidrogénio é crucial para o transporte marítimo de hidrogénio de longa distância, desde os principais produtores/exportadores de hidrogénio (em particular, a Austrália e o Médio Oriente) até aos importadores de hidrogénio, como o Japão.

Espera-se que as diretrizes de projeto de catalisadores e os catalisadores de alto desempenho desenvolvidos neste projeto de pesquisa ajudem enormemente o Japão a avançar com seu plano de colocar em prática o conceito de economia do hidrogênio.

Mais informações: Hideki Abe et al, Exploração de catalisador heterogêneo para conversão orto-para de hidrogênio molecular, Exploração (2023). DOI:10.1002/EXP.20230040
Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência de Materiais