a "bateria solar" fornece hidrogénio a partir da energia solar com o toque de um botão

O hidrogénio verde é um dos pilares mais importantes da transição energética. É produzido a partir da luz solar através de processos fotocatalíticos. Atualmente, existem várias tecnologias para converter e armazenar a energia solar em energia química. Mas agora, pela primeira vez, foi desenvolvido com sucesso um material que pode armazenar a energia da luz solar durante vários dias e depois libertá-la sob a forma de hidrogénio "com o premir de um botão". "Podemos pensar nisto como uma combinação de uma célula solar e de uma bateria a nível molecular", explica o Professor Sven Rau, que dirige o Instituto de Química Inorgânica I da Universidade de Ulm.

Um copolímero solúvel em água e redox-ativo é utilizado como material para armazenamento temporário de energia ou de electrões. Os copolímeros são macromoléculas constituídas por diferentes blocos de construção orgânicos. Formam uma estrutura estável e foram equipados com unidades funcionais que possuem determinadas propriedades físico-químicas - neste caso, uma atividade redox reforçada. O sistema desenvolvido pelos investigadores de Ulm e Jena atinge uma eficiência de carregamento superior a 80 por cento e mantém este estado durante vários dias. "Quando necessário, podemos recuperar a energia química sob a forma de hidrogénio. Os electrões armazenados são utilizados de forma eficiente para este fim", afirma o Professor Ulrich S. Schubert, Diretor do Instituto de Química Orgânica e Química Macromolecular da Universidade Friedrich Schiller de Jena, que coordenou o estudo juntamente com Rau. Ao adicionar um ácido e um catalisador de evolução do hidrogénio, os electrões armazenados no polímero são combinados com protões - este processo produz hidrogénio "a pedido". A eficiência é surpreendentemente elevada: 72%. Outra grande vantagem é que este processo também ocorre no escuro, ou seja, independentemente de o sol estar a brilhar.

Reiniciar o sistema com um interrutor de pH

Se a solução for posteriormente neutralizada, o sistema pode ser novamente exposto à luz e recarregado. "Isto deve-se ao facto de as reacções redox baseadas em polímeros serem reversíveis e permitirem vários ciclos de carregamento, armazenamento e catálise. A vantagem do processo é que o polímero não tem de ser isolado primeiro. Para reiniciar o sistema, basta alterar o valor do pH do sistema", explicam os dois principais autores do estudo, Marco Hartkorn (Universidade de Ulm) e Dr. Robin Kampes (FSU Jena). O interrutor de pH não tem apenas um lado prático, mas também um lado bonito: quando a pilha é descarregada na presença de ácido, a cor muda de violeta para amarelo; se for depois recarregada com luz, o amarelo transforma-se em violeta e a pilha fica novamente "armada".

Novos caminhos com uma perspetiva industrial

"O projeto tem também significado científico porque combina conceitos muito diferentes do campo da química que, de outro modo, têm poucos pontos de contacto: a química dos polímeros macromoleculares e a fotocatálise", diz o Professor Sven Rau. Os investigadores estão firmemente convencidos de que estes métodos para o chamado desenvolvimento de hidrogénio "a pedido" também podem ser utilizados em processos industriais com elevado consumo de energia - por exemplo, para a produção de aço com impacto neutro no clima, que depende de um fornecimento fiável de hidrogénio verde. "Os resultados abrem novas perspectivas para tecnologias de armazenamento solar rentáveis e escaláveis - e constituem um importante alicerce no caminho para uma economia energética sustentável e baseada na química", sublinha o Professor Ulrich Schubert. O projeto, no qual participaram também investigadores do Instituto Leibniz de Tecnologia Fotónica de Jena, foi realizado no âmbito do Centro de Investigação Colaborativa TRR/SFB 234 "CataLight" da Universidade de Ulm e da Universidade de Jena.