O hidrogénio verde pode ser produzido através da tecnologia de eletrólise da água, que utiliza energia renovável para dividir a água em hidrogénio e oxigénio sem emitir dióxido de carbono. No entanto, o custo de produção do hidrogénio verde é atualmente de cerca de 5 dólares por quilograma, o que é duas a três vezes superior ao do hidrogénio cinzento obtido a partir do gás natural.



Para a utilização prática do hidrogénio verde, é necessária inovação na tecnologia de eletrólise da água para a realização da economia do hidrogénio, especialmente para a Coreia, onde a utilização de energia renovável é limitada devido a razões geográficas.

A equipe de pesquisa do Dr. Kyung Joong Yoon no Centro de Pesquisa de Materiais Energéticos do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) desenvolveu um nanocatalisador para eletrólise de água em alta temperatura que pode reter uma alta densidade de corrente de mais de 1A/cm ² por um longo período de tempo em temperaturas acima de 600°. O trabalho está publicado no Chemical Engineering Journal .

Embora os mecanismos de degradação dos nanomateriais em altas temperaturas tenham sido ilusórios até o momento, a equipe identificou as razões fundamentais do comportamento anormal dos nanomateriais e resolveu os problemas com sucesso, melhorando eventualmente o desempenho e a estabilidade em células realistas de eletrólise de água.

A tecnologia de eletrólise pode ser classificada em eletrólise de baixa e alta temperatura. Embora a eletrólise de baixa temperatura operando em temperaturas abaixo de 100° Celsius tenha sido desenvolvida há muito tempo e seja tecnologicamente mais madura, a eletrólise de alta temperatura operando acima de 600° Celsius oferece maior eficiência e é considerada uma tecnologia de próxima geração com um forte potencial de custos adicionais -abaixo.

No entanto, a sua comercialização tem sido dificultada pela falta de estabilidade térmica e vida útil insuficiente devido à degradação a alta temperatura, como corrosão e deformação estrutural. Em particular, os nanocatalisadores, que são amplamente utilizados para melhorar o desempenho de eletrolisadores de água de baixa temperatura, deterioram-se rapidamente em altas temperaturas de operação, tornando difícil seu uso eficaz para eletrólise de água em alta temperatura.

Para superar esta limitação, a equipe desenvolveu uma nova técnica sintética de nanocatalisador que suprime a formação de compostos nocivos que causam degradação em alta temperatura.

Ao analisar sistematicamente os fenômenos em nanoescala por meio de microscopia eletrônica de transmissão, os pesquisadores identificaram substâncias específicas que causam alterações estruturais graves, como carbonato de estrôncio e óxido de cobalto, e as removeram com sucesso para obter nanocatalisadores altamente estáveis, em termos de propriedades químicas e físicas.

Quando a equipe aplicou o nanocatalisador a uma célula de eletrólise de água de alta temperatura, ele mais que dobrou a taxa de produção de hidrogênio e operou por mais de 400 horas a 650° sem degradação. Esta técnica também foi aplicada com sucesso a uma célula prática de eletrólise de água de grande área, confirmando seu forte potencial para ampliação de escala e uso comercial.

"Nossos nanomateriais recém-desenvolvidos alcançaram alto desempenho e estabilidade para a tecnologia de eletrólise de água em alta temperatura e podem contribuir para reduzir o custo de produção do hidrogênio verde, tornando-o economicamente competitivo com o hidrogênio cinza no futuro", disse o Dr. do KIST.

"Para comercialização, planejamos desenvolver técnicas de processamento automatizado para produção em massa em cooperação com fabricantes de células industriais."

Mais informações: Mi Young Park et al, Síntese in situ de nanocatalisadores de perovskita extremamente pequenos e termicamente estáveis ​​para dispositivos de energia eletroquímica de alta temperatura, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.146924
Informações do diário: Jornal de Engenharia Química

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