Cientistas utilizam a luz solar e o metal líquido para produzir hidrogénio limpo a partir da água

O hidrogénio como combustível de energia verde há muito que tem sido o foco de inúmeros cientistas e indústrias. Há décadas que os investigadores procuram encontrar o método mais económico de produzir hidrogénio verde de forma fiável para alimentar as indústrias da energia, dos transportes, da indústria transformadora e da agricultura, transformando a produção em vários sectores da economia global.

"Dispomos agora de uma forma de extrair hidrogénio sustentável, utilizando a água do mar, que é facilmente acessível e depende apenas da luz para a produção de hidrogénio verde", afirmou o autor principal e candidato a doutoramento Luis Campos.

O investigador principal, Professor Kourosh Kalantar-Zadeh, da Escola de Engenharia Química e Biomolecular, afirma que o estudo é uma demonstração impressionante de como a química natural dos metais líquidos pode criar hidrogénio. A sua equipa produziu hidrogénio com uma eficiência máxima de 12,9%, estando atualmente a trabalhar para melhorar a eficiência com vista à comercialização.

"Para a primeira prova de conceito, consideramos que a eficiência desta tecnologia é altamente competitiva. Por exemplo, as células solares à base de silício começaram com seis por cento na década de 1950 e não passaram dos 10 por cento até à década de 1990".

"O hidrogénio oferece uma solução de energia limpa para um futuro sustentável e pode desempenhar um papel fundamental na vantagem internacional da Austrália numa economia de hidrogénio", afirma o Dr. Francois Allioux, co-líder do projeto.

No centro da tecnologia está o gálio, um metal com um baixo ponto de fusão, o que significa que necessita de menos energia para passar de sólido a líquido. Há anos que a equipa do Professor Kalantar-Zadeh tem vindo a alargar os limites químicos e técnicos dos metais líquidos para criar novos materiais. A capacidade das partículas de gálio para absorver a luz chamou a sua atenção.

O resultado desta descoberta foi uma tecnologia que utiliza um processo químico circular: as partículas de gálio são suspensas em água do mar ou água doce e activadas sob luz solar ou luz artificial. O gálio reage com a água, transformando-se em oxihidróxido de gálio e libertando hidrogénio.

"Depois de extrairmos o hidrogénio, o oxi-hidróxido de gálio pode também ser reduzido novamente a gálio e reutilizado para a produção futura de hidrogénio - o que designamos por processo circular", afirma o Professor Kalantar-Zadeh.

O gálio no estado líquido é um elemento fascinante. À temperatura ambiente parece um metal sólido, mas quando aquecido à temperatura do corpo transforma-se em poças metálicas líquidas.

O Sr. Campos disse que a superfície do gálio líquido é quimicamente muito "não pegajosa" e que a maioria dos materiais não se fixa a ela em condições normais. Mas quando exposto à luz na água, o gálio líquido reage na sua superfície, oxidando e corroendo gradualmente. Esta reação cria hidrogénio limpo e oxihidróxido de gálio na sua superfície.

"O gálio não tinha sido explorado antes como forma de produzir hidrogénio a altas taxas quando em contacto com a água - uma observação tão simples que foi ignorada anteriormente", afirma o Professor Kalantar-Zadeh.

A investigação conduzida pela Universidade de Sydney foi publicada na revista Nature Communications.

Porque é que os cientistas estão tão interessados nas moléculas de hidrogénio

Muitas indústrias e cientistas acreditam que o hidrogénio é o candidato ideal para uma fonte de energia sustentável, contribuindo significativamente para a redução das emissões de gases com efeito de estufa. O hidrogénio "verde", como o próprio nome indica, é produzido a partir de fontes renováveis.

O hidrogénio é um dos elementos mais abundantes na Terra e pode também ser obtido a partir de uma grande variedade de compostos, como a água (a água tem duas moléculas de hidrogénio). Quando o hidrogénio arde, não produz poluentes, apenas água, mas pode gerar elevados níveis de energia ou potência.

Os esforços para produzir hidrogénio verde têm-se centrado na "separação da água": dividir os átomos das moléculas de água para libertar hidrogénio, utilizando métodos como a eletrólise, a fotocatálise e o plasma (relâmpago artificial).

Mas o processo necessário para separar os átomos de hidrogénio e oxigénio na água tem enfrentado vários obstáculos, incluindo a necessidade de utilizar água purificada, incorrendo em custos elevados ou produzindo baixos rendimentos de hidrogénio.

O método que a equipa do Professor Kalantar-Zadeh introduziu com gálio líquido evita muitos desses obstáculos. O método pode utilizar tanto água do mar como água doce e, dado que o processo é circular, o gálio da reação pode ser reutilizado.

O Professor Kalantar-Zadeh afirmou: "Há uma necessidade global de comercializar um método altamente eficiente de produção de hidrogénio verde. O nosso processo é eficiente e fácil de ampliar".

A equipa está agora a trabalhar para aumentar a eficiência da tecnologia e o seu próximo objetivo é criar um reator de média escala para extrair hidrogénio.