O hidrogénio verde, produzido por eletrólise da água, é uma fonte de energia ecológica de última geração, pois não gera poluentes como dióxido de carbono, durante a produção. Os catalisadores desempenham um papel crucial no processo de eletrólise da água, dividindo a água em hidrogénio e oxigénio.
Mas a eficiência da produção de hidrogénio verde depende em grande parte do desempenho dos catalisadores. Assim, a comercialização do hidrogénio verde depende do desenvolvimento de catalisadores económicos capazes de manter alto desempenho durante longos períodos.
Investigadores, no Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), na Coreia, desenvolveram com sucesso um novo material que melhora significativamente a eficiência da produção de hidrogénio verde e, ao mesmo tempo, com redução de custos. O catalisador recém-desenvolvido no KRISS com metal base de alto desempenho para uso em eletrólise de água por membrana de troca aniónica é mais acessível do que alternativas baseadas em metais preciosos, mas também exibe desempenho superior. Este novo catalisador traz a comercialização de hidrogénio verde para mais perto de se tornar uma realidade em escala.
Entre vários métodos de eletrólise de água, a eletrólise por membrana de troca aniónica está a chamar a atenção como uma tecnologia de última geração. Teoricamente, a tecnologia permite o uso de catalisadores não metálicos de baixo custo para produzir grandes quantidades de hidrogênio.
Atualmente, os sistemas de eletrólise de água por membrana de troca aniónica dependem predominantemente de catalisadores de metais preciosos, como platina e irídio. No entanto, o alto custo desses materiais e sua suscetibilidade à degradação aumentam significativamente o custo da produção de hidrogénio. Para superar esse desafio, o desenvolvimento de catalisadores de metais básicos duráveis e acessíveis é essencial.
O KRISS Emerging Material Metrology Group teve sucesso no desenvolvimento de catalisadores de metais básicos introduzindo uma pequena quantidade de ruténio em dióxido de molibdénio com estrutura de níquel molibdénio (MoO2-Ni4Mo). Embora o dióxido de molibdénio ofereça alta condutividade elétrica, o uso como catalisador de eletrólise de água tem sido limitado devido à degradação em ambientes alcalinos.
Os investigadores usaram uma análise estrutural abrangente e identificaram a adsorção de íons hidróxido (OH-) no dióxido de molibdénio como a principal causa da degradação. Com base nessas descobertas, eles criaram um método para incorporar ruténio em uma proporção ótima para evitar a degradação do dióxido de molibdénio. As nanopartículas de ruténio resultantes, com menos de 3 nanómetros, formam uma camada fina na superfície dos catalisadores, que evitam a degradação e aumentam a durabilidade.
As avaliações de desempenho revelaram que os catalisadores que foram desenvolvidos recentemente oferecem quatro vezes mais durabilidade e mais de seis vezes mais atividade em comparação com os catalisadores que utilizam os materiais comerciais existentes. Além disso, quando integrados numa célula solar de perovskita-silício, os catalisadores alcançaram uma notável eficiência solar-para-hidrogénio de 22,8%, destacando a forte compatibilidade com fontes de energia renováveis.
Os catalisadores também demonstraram alta atividade e estabilidade em água salina, produzindo hidrogénio de alta qualidade. Espera-se que essa capacidade reduza significativamente os custos associados à dessalinização.
“Atualmente, a produção de hidrogénio verde requer água purificada, mas usar água do mar real pode reduzir substancialmente os custos associados à dessalinização. Planeamos continuar a nossa investigação nesta área”, referiu Sun Hwa Park, investigador principal do KRISS Emerging Material Metrology Group.
A investigação foi apoiada pelo KRISS MPI Lab Program e conduzida em colaboração com a equipa de Ho Won Jang na Seoul National University e a equipe de Sung Mook Choi no Korea Institute of Materials Science. As conclusões do estudo foram publicadas na revista “Applied Catalysis B: Environmental and Energy”.
