A transição de combustíveis fósseis requer substituições de energia escalável. Esses materiais que os cientistas estão ajudando a garantir que o hidrogênio verde esteja na mistura.
O hidrogênio vem em muitas cores, e nem todos são criados iguais. O hidrogênio marrom, por exemplo, é desenvolvido usando energia gerada por carvão, enquanto o hidrogênio cinza é feito usando gás pure.
O hidrogênio verde é produzido usando eletricidade renovável. Ele pode ser usado como combustível ou armazenado sem produzir subprodutos nocivos, tornando-o um componente potencialmente útil da transição para longe dos combustíveis fósseis.
Agora, pesquisadores da Universidade de Limerick (UL) fizeram o que descrevem como “um grande avanço” no uso de catalisadores para criar hidrogênio verde de maneira mais sustentável.
A Irlanda está legalmente comprometida em alcançar as emissões líquidas de zero até 2050 sob sua Lei de Ação Climática de 2021, e alguns especialistas acreditam que o hidrogênio verde é essential para alcançar esse objetivo. De acordo com o Fórum Econômico Mundial, o hidrogênio verde “poderia ser um facilitador crítico da transição world para a energia sustentável e as economias de emissões de zero líquido”.
O processo de criação de hidrogênio verde dividindo a água em hidrogênio e oxigênio (eletrólise da água) é facilitada por um eletrocatalisador. Como explica o professor Matthias Vandichel, o atual catalisador de última geração para esse processo é a platina, um steel nobre que é caro e escasso.
Vandichel e seus colegas estão trabalhando em um projeto financiado pelo Conselho da Europa e do Conselho de Pesquisa Irlandesa para investigar outros catalisadores em potencial com o objetivo de produzir hidrogênio verde de maneira mais barata e sustentável.
Vandichel é professor associado de engenharia química da UL, onde lidera o grupo de modelagem de materiais e catálise (Macatamo) no Instituto Bernal.
“Nós nos concentramos no entendimento de materiais e catalisadores usando várias técnicas de ciência de materiais computacionais e técnicas de modelagem computacional”, disse Vandichel ao SiliconRepublic.com. “Quando tivermos um entendimento melhor, seguiremos um passo adiante e iniciaremos o desenvolvimento de novos materiais e catalisadores”.
Macatamo é um grupo multidisciplinar, diz Vandichel. Ele tem um histórico de engenharia química, mas outros do grupo têm formação em física, química, engenharia química e mecânica e bioinformática. “Isso nos permite olhar de diferentes ângulos em problemas de engenharia química”, diz ele.
O grupo UL, incluindo o Dr. Apinya Ngoipala e o Dr. Sousa Javan Nikkhah, realizou simulações de modelagem molecular em larga escala-um conjunto de ferramentas computacionais para simular e analisar a estrutura, propriedades e comportamentos das moléculas-para estudar a fase de paládio ativa (hidreto de paládio) como eletrocatalisador na produção de hidrogênio.
Embora o Palladium também seja um steel nobre escasso, a idéia é definir um processo que requer muito menos do recurso do que o atual processo baseado em platina.
Seus resultados explicaram observações experimentais de outros pesquisadores sobre o projeto que mostraram a formação de “defeitos superficiais” no paládio em condições de reação. “Poderíamos atribuir essas formações de defeito a interações particulares entre os átomos de paládio e hidrogênio”, explica Vandichel.
E agora que a equipe conseguiu entender e descrever como essa interação funciona computacionalmente, o próximo passo será o desenvolvimento de eletrocatalisadores à base de paládio.
A pesquisa, que a UL conduziu com parceiros da Universidade Técnica de Munique, o Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg por energia renovável, a Université Grenoble Alpes, a Universidade Aalto e a Universidade Ruhr Bochum, foi publicada recentemente na revista Materiais avançados.
“Isso melhora significativamente nossa compreensão geral de como projetar eletrocatalisadores estáveis e ativos à base de paládio para produzir hidrogênio verde para o futuro”, diz Vandichel.
“Também estamos preparando vários manuscritos de acompanhamento com nossos colaboradores experimentais, elucidando os mecanismos de evolução de hidrogênio, bem como métodos computacionais, exigem para estudar processos de adsorção e dessorção de hidrogênio no paládio”.
Ajuda potencial à estabilidade da grade
Embora a pesquisa seja muito experimental no momento, se puder ser ampliada, ela tem o potencial de contribuir não apenas para reduzir as emissões de carbono, mas também a estabilidade da grade, diz Vandichel.
“Se tivermos acesso a energia renovável barata e usamos essa energia para fazer pequenas moléculas como hidrogênio ou amônia, e construímos um reservatório com essas pequenas moléculas, então, posteriormente, podemos convertê -los de volta à eletricidade”.
A equipe já está usando as idéias obtidas para pesquisar outros sistemas catalíticos, com um projeto analisando a redução de gases de NOx. Esses óxidos de nitrogênio são produzidos por motores de combustão em carros e contribuem principalmente para a poluição do ar.
Vandichel diz que o grupo tem sorte de trabalhar no Instituto Bernal, descrevendo -o como um espaço muito colaborativo e um bom ambiente de pesquisa.
A UL está criando um novo programa de mestrado em engenharia química e bioquímica, que Vandichel espera estar em funcionamento no próximo ano, com o objetivo de educar o talento native e talvez até trazer mais pesquisadores de doutorado a bordo para expandir ainda mais o trabalho do grupo.
No entanto, Vandichel observa que os programas de pesquisa enfrentam uma forte concorrência da indústria para os graduados em engenharia. Sugiro que o salário seja muito melhor na indústria, mas Vandichel balança com a liberdade acadêmica que você obtém ao fazer pesquisas – algo que ele claramente aprecia.
“Na verdade, é um investimento em si mesmo e o retorno pode acontecer posteriormente na sua vida”.
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