A energia renovável pode reduzir as emissões prejudiciais, reduzir a dependência de combustíveis fósseis e aumentar a eficiência. No entanto, muitas tecnologias de energia limpa continuam caras porque dependem de materiais caros, como metais do grupo da platina (PGMs), e exigem métodos eficientes de armazenamento de energia para uso posterior.
Pesquisadores da Universidade de Washington, em St. Louis, estão trabalhando em uma possível solução. Uma equipe liderada por Gang Wu, professor de engenharia energética, ambiental e química na Escola de Engenharia McKelvey, desenvolveu um novo catalisador projetado especificamente para eletrolisadores de água com membrana de troca aniônica (AEMWE). A tecnologia utiliza eletricidade de fontes renováveis para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, produzindo combustível de hidrogênio limpo no processo.
Novo catalisador de hidrogênio sem platina
A equipe de Wu se concentra na substituição de materiais caros à base de platina, comumente usados em sistemas de produção de hidrogênio. Seu método usa eletricidade renovável gerada pela luz solar, vento ou água para impulsionar a separação do hidrogênio das moléculas de água.
“Passar da água para o hidrogênio é uma maneira ideal de armazenar energia para diferentes aplicações”, disse Wu. “O próprio hidrogênio pode ser usado como transportador de energia e em diferentes indústrias químicas e industriais.”
Para criar o catalisador, os pesquisadores usaram fosfeto de rênio (Re2P) e fosfeto de molibdênio (MoP). Juntos, os dois materiais criam um compósito altamente eficiente que melhora o processo de extração de hidrogênio. O componente rênio ajuda o hidrogênio a se fixar e ser liberado da superfície do catalisador, enquanto o molibdênio acelera a decomposição da água no eletrólito alcalino.
Desempenho duradouro de energia limpa
A equipe de pesquisa combinou o novo catalisador com um ânodo de níquel-ferro e descobriu que o sistema superou os principais cátodos de última geração, incluindo aqueles baseados em materiais PGM. De acordo com Wu, o catalisador também pode operar por mais de 1.000 horas em densidades de corrente de nível industrial de 1 e 2 A/cm2. Isso o torna um dos cátodos livres de platina mais duráveis já desenvolvidos para eletrolisadores de água com membrana de troca aniônica.
“Nossas descobertas nos permitem descobrir o papel crítico da rede de ligação de hidrogênio interfacial catalisador / eletrólito no projeto de AEMWEs eficientes e de baixo custo”, disse Wu. “Nosso catalisador exibe a menor resistência na faixa de potencial estudada, indicando a cinética de adsorção de hidrogênio mais rápida entre os catalisadores estudados. Este índice de desempenho e durabilidade recentemente alcançado torna nosso catalisador um dos conjuntos de eletrodos de membrana mais promissores para eletrolisadores práticos de água com membrana de troca aniônica.”
Potencial para produção de hidrogênio em larga escala
Embora os experimentos tenham sido realizados em escala laboratorial, os pesquisadores planejam continuar investigando se a tecnologia pode ser expandida para uso industrial.
Este trabalho foi apoiado por uma bolsa inicial de G. Wu, da Universidade de Washington, em St.
