Engenheiros químicos da EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) desenvolveram uma folha artificial movida a energia solar baseada em um eletrodo inovador, poroso e transparente. Essa tecnologia demonstra potencial para captar água do ar e transformá-la em combustível de hidrogênio.
A tecnologia baseada em semicondutores é escalável e de fácil fabricação. Criar um dispositivo capaz de coletar água do ar e convertê-la em hidrogênio utilizando apenas energia solar tem sido um grande objetivo dos cientistas há anos.
Agora, o engenheiro químico Kevin Sivula e sua equipe da EPFL deram um passo significativo para tornar essa visão mais próxima da realidade.
Os pesquisadores desenvolveram um sistema engenhoso e simples que combina tecnologia de semicondutores com eletrodos inovadores que possuem duas características principais: são porosos, para maximizar o contato com a umidade presente no ar, e transparentes, para otimizar a exposição à luz solar do revestimento semicondutor.
Quando exposto ao sol, o dispositivo captura água da atmosfera e gera gás hidrogênio. Os resultados do estudo foram publicados no jornal Advanced Materials em 4 de janeiro de 2023.
Os novos eletrodos de difusão gasosa da equipe são porosos, transparentes e condutores, permitindo que essa tecnologia movida a energia solar converta água – em seu estado gasoso no ar – em combustível de hidrogênio.
Para alcançar uma sociedade sustentável, é essencial encontrar formas de armazenar energia renovável na forma de substâncias químicas utilizáveis como combustíveis e insumos industriais. A energia solar é a fonte renovável mais abundante, e nosso objetivo é desenvolver métodos economicamente viáveis para produzir combustíveis solares.
Kevin Sivula, pesquisador principal do estudo, Laboratório de Engenharia Molecular de Nanomateriais Optoeletrônicos, École polytechnique fédérale de Lausanne.
Inspiração na folha de uma planta
No estudo voltado para a criação de combustíveis renováveis livres de fósseis, os engenheiros da EPFL, em parceria com a Toyota Motor Europe, se inspiraram na maneira como as plantas conseguem transformar a luz solar em energia química com o auxílio do dióxido de carbono presente no ar.
Uma planta absorve água e dióxido de carbono do ambiente e, com a energia captada da luz solar, converte essas moléculas em açúcares e amidos por meio da fotossíntese. A energia do sol fica armazenada nas ligações químicas desses compostos.
Os eletrodos transparentes de difusão gasosa recentemente desenvolvidos por Sivula e sua equipe, quando revestidos com um material semicondutor capaz de captar luz, funcionam como uma folha artificial. Dessa forma, conseguem absorver água do ar e da luz solar para produzir gás hidrogênio. A energia solar, nesse caso, é armazenada na forma de ligações de hidrogênio.
Em vez de utilizarem eletrodos convencionais compostos por camadas opacas à luz, os pesquisadores empregaram um substrato que consiste em uma malha tridimensional feita de fibras de vidro entrelaçadas.
“Desenvolver nosso protótipo foi desafiador, pois eletrodos transparentes de difusão gasosa nunca haviam sido demonstrados antes, e tivemos que criar novos processos para cada etapa. No entanto, como cada fase do desenvolvimento é relativamente simples e escalável, acredito que nossa abordagem abrirá novas possibilidades para uma ampla gama de aplicações, começando com substratos de difusão gasosa para a produção de hidrogênio impulsionada pela luz solar.”
Marina Caretti, autora principal do estudo, École polytechnique fédérale de Lausanne
Da Água Líquida à Umidade do Ar
Anteriormente, Sivula e outras equipes de pesquisa já haviam demonstrado que é possível realizar fotossíntese artificial, gerando combustível de hidrogênio a partir de água líquida e luz solar, por meio de um dispositivo chamado célula fotoeletroquímica (PEC).
Normalmente, uma célula PEC é um dispositivo que utiliza a luz incidente para ativar um material fotossensível, semelhante a um semicondutor, imerso em uma solução líquida, a fim de desencadear uma reação química. No entanto, esse processo enfrenta desafios práticos, como a dificuldade de fabricar dispositivos PEC de grande escala que utilizem líquidos.
Sivula desejava demonstrar que a tecnologia PEC poderia ser adaptada para captar umidade do ar em vez de água líquida, o que levou ao desenvolvimento de seu novo eletrodo de difusão gasosa.
Já se sabe que células eletroquímicas, como as células a combustível, podem operar com gases em vez de líquidos. No entanto, os eletrodos de difusão gasosa utilizados anteriormente eram opacos e incompatíveis com a tecnologia PEC movida a energia solar.
Atualmente, os cientistas estão focados em aprimorar o sistema. Qual é o tamanho ideal das fibras? O tamanho perfeito dos poros? Os semicondutores e materiais de membrana mais eficientes?
Essas questões estão sendo investigadas no projeto europeu “Sun-to-X”, que busca avançar essa tecnologia e desenvolver novas maneiras de converter hidrogênio em combustíveis líquidos.
Com conteúdo do Azo Materials.
Luiza Fontes é apaixonada pelas tecnologias cotidianas e pelo impacto delas no nosso dia a dia. Com um olhar curioso, ela descomplica inovações e gadgets, trazendo informações acessíveis para quem deseja entender melhor o mundo digital.
