Combinação de metais abundantes pode baratear produção de hidrogênio verde

Pesquisadores brasileiros usam supercomputadores para prever misturas ideais de elementos comuns, como ferro e níquel, e criar catalisadores de baixo custo capazes de substituir materiais nobres e caros como a platina

Agência FAPESP * – Pesquisadores associados ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) participaram de um estudo que aponta uma nova estratégia para projetar catalisadores mais eficientes e de menor custo para a produção de hidrogênio.

O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP e sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Os resultados foram publicados em fevereiro no International Journal of Hydrogen Energy e mostram que a mistura controlada de metais abundantes ajusta com precisão a atração entre o hidrogênio e a superfície do material. Esse controle é a chave para acelerar a chamada reação de evolução de hidrogênio – processo químico em que os átomos de hidrogênio são "forçados" a se unirem e subirem em forma de bolhas de gás, separando-se da água. Dominar essa reação é crucial para viabilizar as usinas de hidrogênio verde.

Os materiais atualmente conhecidos capazes de promover essa reação com eficiência são baseados em metais nobres, como a platina, que apresentam alto custo e disponibilidade limitada. Para contornar esse problema, os pesquisadores investigaram ligas formadas por metais mais abundantes, analisando como diferentes combinações químicas podem reproduzir ou até melhorar a eficiência observada em materiais nobres.

Por meio de simulações no computador, os cientistas avaliaram a capacidade de "adesão" do hidrogênio na superfície dessas ligas metálicas. Esse fenômeno (adsorção) – em que o gás gruda temporariamente na superfície do metal – é o principal indicador para saber se o material será um bom catalisador. Os resultados mostraram que, na liga de ferro-níquel, essa atração funciona como uma engrenagem perfeita: basta alterar a proporção entre os dois metais para controlar exatamente a força com que o hidrogênio se fixa ali, tornando a reação química mais rápida e previsível.

Design racional de materiais

Segundo os autores do artigo, os resultados oferecem um guia teórico importante para o desenvolvimento de novos catalisadores baseados em metais abundantes, potencialmente mais baratos e escaláveis que aqueles baseados em metais nobres.

O estudo também reforça o papel da modelagem computacional no chamado design racional de materiais, abordagem que busca prever o comportamento de novos materiais antes mesmo de sua síntese em laboratório.

Esse tipo de estratégia pode acelerar o desenvolvimento de tecnologias ligadas ao hidrogênio verde, considerado um vetor energético estratégico para reduzir emissões de carbono em setores como transporte, indústria e geração de energia.

O artigo Tuning hydrogen adsorption through synergy in non-noble bimetallic substrates pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319926003290.

* Com informações do CDMF.