Descoberto metal catalisador barato para obter hidrogênio da água

Para que o hidrogênio possa desempenhar um papel chave no desenvolvimento de novas tecnologias de energia renovável, sua produção deve ser barateada ao máximo.

taniager

01 Maio 2010 | 21h52

Da esquerda para a direita, Jeffrey Long, Christopher Chang e Hemamala Karunadasa. Eles descobriram um metal barato que pode gerar hidrogênio a partir da água neutra , mesmo se ela estiver suja, e também da água do mar. Crédito: cortesia de Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs.

Da esquerda para a direita, Jeffrey Long, Christopher Chang e Hemamala Karunadasa. Eles descobriram um metal barato que pode gerar hidrogênio a partir da água neutra , mesmo se ela estiver suja, e também da água do mar. Crédito: cortesia de Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs.

A produção de hidrogênio com a tecnologia atual é muito cara, porque necessita de catalisadores de altíssimo custo como, por exemplo, a platina. Para que o hidrogênio possa desempenhar um papel chave no desenvolvimento de novas tecnologias de energia renovável, sua produção deve ser barateada ao máximo.

Mas agora, a dificuldade em reduzir o custo de produção do hidrogênio foi transposta por um passo importante dado por uma equipe de cientistas.

Pesquisadores, em conjunto com o Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley do Departamento de energia do EUA descobriram um catalisador de metal barato que pode gerar hidrogênio com eficiência a partir de água.

Trata-se de um novo catalisador de redução de prótons baseado em um complexo de metal de oxo-molibdênio que é aproximadamente 70 vezes mais barato que a platina – catalisador metálico mais amplamente usado hoje para dividir a molécula de água.

Hemamala Karunadasa, co-descobridora do complexo, explica que o novo catalisador não necessita de aditivos orgânicos, e pode operar em água neutra, mesmo se estiver suja, assim como em água do mar – fonte mais abundante de hidrogênio na Terra e um eletrólito natural. “Suas qualidades são ideais para a energia renovável e a química sustentável”, acrescentou ela.

A grande vantagem do gás de hidrogênio é que ele, quando queimado, não deixa resíduos poluentes. Apenas vapor de água é emitido para a atmosfera. Em compensação, este gás não é encontrado naturalmente, ele precisa ser produzido.

O hidrogênio pode ser produzido a partir do gás natural, um combustível fóssil. Apesar de barata, esta técnica, muito utilizada nos EUA, acrescenta enormes volumes de emissões de carbono na atmosfera.

A produção de hidrogênio através da eletrólise da água – utilizando eletricidade para dividir moléculas de água em moléculas de hidrogênio e oxigênio – é um método ambientalmente limpo e um processo sustentável – especialmente se a eletricidade é gerada através de uma tecnologia renovável, como a solar ou eólica, mas requer um catalisador de separação da água.

A natureza desenvolveu enzimas extremamente eficientes para separar a água – chamadas de hidrogenases – para serem utilizadas pelas plantas durante a fotossíntese. No entanto, estas enzimas são altamente instáveis e facilmente desativadas quando removidas de seu ambiente original. As atividades humanas exigem um catalisador de metal estável que possa operar em ambientes não-biológicos. Por sua vez, catalisadores metálicos estão disponíveis comercialmente, mas são metais preciosos de baixa valência, cujos altos custos tornam sua utilização generalizada proibitivos.

Christopher Chang, outro coautor do trabalho, acrescenta que o desafio básico científico tem sido o de criar sistemas moleculares abundantes na Terra que produzam hidrogênio a partir da água com estabilidade e atividade catalisadoras altas. “Acreditamos que nossa descoberta de um catalisador de oxo-molibdênio molecular para gerar o hidrogênio da água sem o uso de ácidos orgânicos adicionais ou co-solventes químicos, estabelece um paradigma para a criação de novos catalisadores de redução que sejam altamente ativos e fortes em meio aquoso”, diz ele.

O complexo oxo-molibdênio que a equipe descobriu é um metal de alta valência com o nome químico de (PY5Me2) Oxo-Mo. Este complexo catalisa a geração de hidrogênio da água neutra ou até mesmo água do mar com uma freqüência de conversão de 2,4 moles de hidrogênio por mol de catalisador por segundo.

 “O complexo de oxo-metal representa um padrão molecular distinto para a catálise de redução que tem atividade e estabilidade altas na água”, revela Jeffrey Long, também co-autor do estudo.

 Os três cientistas estão concentrados agora na modificação da parte ligante PY5Me do complexo e investigam outros complexos metálicos com base em plataformas ligantes similares para facilitar ainda mais a orientação da carga elétrica, bem como processos catalisadores que utilizam a  luz. Eles estão dando mais ênfase à química pertinente aos ciclos de energia sustentável.

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