Glicerina supera muito a água na produção de hidrogênio verde

Células fotoeletroquímicas

Pesquisadores brasileiros demonstraram que a troca de água por glicerina, um subproduto abundante da produção do biodiesel, aumenta muito a eficiência das células fotoeletroquímicas, equipamentos que usam  luz solar como fonte de energia limpa e renovável para gerar hidrogênio.

Nas células fotoeletroquímicas, a luz é absorvida por materiais sensíveis, disparando então uma série de reações de oxidação (perda de elétrons) e redução (ganho de elétrons) que, no final, dividem a molécula de água em moléculas de oxigênio e hidrogênio.

Contudo, a oxidação da água é um processo lento e pouco eficiente, razão pela qual grupos de pesquisa em todo o mundo estão procurando formas de superar essa limitação à eficiência desses dispositivos geradores do chamado hidrogênio verde, ou hidrogênio solar, que é um combustível limpo por excelência porque, ao ser consumido, devolve apenas a água ao ambiente.

Uma dessas rotas alternativas consiste em substituir a água por outras moléculas que possam ser oxidadas com mais facilidade do que a água e que gerem correntes elétricas maiores, tornando mais eficiente a produção de hidrogênio. A ideia é usar moléculas orgânicas obtidas de fontes renováveis e sustentáveis, como os resíduos de biomassa.

"No processo de geração de hidrogênio é preciso de energia, que pode ser oriunda da rede elétrica, como na eletrólise clássica, ou de outras fontes, como a energia solar," explica o professor Elton Sitta, da UFSCar (Universidade Federal de São Carlos) e pesquisador do CINE (Centro de Inovação em Novas Energias). "Em nosso trabalho estudamos moléculas orgânicas que, quando oxidadas, podem servir de fontes de elétrons e prótons para geração de hidrogênio."

A glicerina (direita) superou largamente todas as concorrentes.
[Imagem: Cristian Hessel et al. - 10.1016/j.electacta.2024.145300]

Substitutos da água

A equipe fez experimentos para comparar a oxidação de moléculas de metanol, etileno glicol e glicerol em fotoanodos de vanadato de bismuto (BiVO4), um material considerado promissor para esse tipo de aplicação por causa de sua boa absorção de luz, baixa toxicidade, baixo custo e estabilidade perante a umidade e a luz.

O glicerol apresentou a melhor atividade na geração de elétrons para a produção de hidrogênio verde, em um nível várias vezes maior do que a água. E a oxidação gera, além dos elétrons, algumas substâncias que podem ser usadas como matérias-primas em diversas indústrias.

Além disso, essa glicerina é uma substância amplamente disponível no Brasil por ser um subproduto da produção de biodiesel.

"Para a produção em larga escala, há desafios tanto para a oxidação da água como para a de moléculas orgânicas como fonte de elétrons, mas as orgânicas têm-se mostrado uma alternativa interessante para evitar a corrosão dos fotocatalisadores e a possibilidade de se obter outros produtos de valor agregado," disse o professor Elton.

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