Como armazenar o seu hidrogénio?
Ligas especiais investigadas no PETRA III
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Se nomearmos uma das possíveis fontes de energia sustentável do futuro, as células de combustível de hidrogénio estarão certamente entre elas. A reação do hidrogénio com o oxigénio para formar água liberta grandes quantidades de energia térmica, que pode ser aproveitada para muitos fins, incluindo a alimentação de veículos e a produção de eletricidade. Mas um desafio na produção em massa de células de combustível de hidrogénio é a contenção e distribuição do próprio hidrogénio, uma vez que o gás precisa de ser absorvido dentro da célula, pois tem uma forte tendência para corroer uma variedade de materiais.
A liga Cantor apresentou um comportamento variável na presença de hidrogénio em função da pressão do ambiente. Em geral, a liga resiste ao hidrogénio corrosivo à pressão normal, mas forma hidretos a partir do gás hidrogénio a altas pressões.
Illustration: Konstantin Glazyrin, DESY
Uma equipa internacional de cientistas, liderada por investigadores da Universidade do Ruhr de Bochum (RUB) e do DESY, utilizou várias instalações experimentais líderes a nível mundial, incluindo o PETRA III, e cálculos teóricos de última geração para examinar uma classe de materiais designados por ligas de alta entropia - misturas de vários metais que resultam em sólidos robustos e resistentes à corrosão - e o modo como se comportam numa forte atmosfera de hidrogénio sob pressão. Utilizando estudos de raios X e neutrões, a equipa pôde examinar o comportamento complexo desta classe relativamente nova de materiais com o gás hidrogénio atmosférico. As suas conclusões foram publicadas na revista Nature Communications.
A equipa, liderada por Kirill Yusenko da RUB, investigou um composto chamado liga Cantor de alta entropia. Ao contrário da maioria das outras ligas metálicas, que compreendem até quatro metais elementares com quantidades vestigiais de vários outros, as ligas de alta entropia compreendem quantidades quase iguais de cinco ou mais elementos metálicos diferentes. Sintetizada pela primeira vez em 2004 por um grupo de investigação sediado no Reino Unido, liderado pelo cientista de materiais Brian Cantor, a liga Cantor é caracterizada por proporções molares equivalentes dos elementos metálicos cobalto, crómio, ferro, níquel e manganês. O sólido resultante pode ser um concorrente direto de muitas ligas convencionais utilizadas na indústria moderna e em produtos de consumo devido, entre outros aspectos, à sua excelente resistência à corrosão e às suas propriedades mecânicas.
Utilizando a dispersão de raios X no PETRA III, na Alemanha, e no ESRF, em França, bem como estudos de dispersão de neutrões no J-PARC, no Japão, a equipa de investigação descobriu que, quando a liga Cantor é exposta a gás hidrogénio e colocada sob pressão e calor extremos, emerge com hidretos - átomos de hidrogénio dissociados - ligados à estrutura da liga. No entanto, o mesmo estudo mostra que, sob pressões e temperaturas típicas de produtos industriais e de consumo, a liga de Cantor não absorve o hidrogénio, contrariando fortemente a corrosão.
"Este trabalho acrescenta peças importantes ao puzzle da resistência da liga Cantor à absorção de hidrogénio, que é um dos principais factores da corrosão por hidrogénio", afirma Konstantin Glazyrin, cientista da linha de luz P02.2 de condições extremas do PETRA III e primeiro autor da publicação. "Esperamos que a nossa nova abordagem metodológica, bem como os nossos resultados, impulsionem a investigação de materiais e inspirem aplicações reais no domínio da economia do hidrogénio."
No entanto, a presença dos hidretos pode constituir um elemento interessante na história. "As ligas de alta entropia e os seus hidretos ainda representam um enigma", diz Kirill Yusenko. "Por um lado, algumas delas podem permitir uma absorção suficiente para serem utilizadas como meio de células de combustível. No caso da liga de Cantor, observamos que a resistência à corrosão e a elevada absorção de hidrogénio são incompatíveis com os requisitos das células de combustível, que deverão armazenar quantidades significativas de hidrogénio. Por outro lado, a liga Cantor tem propriedades que proporcionam a resistência necessária para o armazenamento de hidrogénio num contexto mais vasto, em particular para o seu confinamento e entrega em vários ambientes complexos e exigentes, tais como fases de foguetões reutilizáveis e motores de automóveis".
Como próximo passo, a equipa continuará a explorar outros sistemas de alta entropia compostos por diferentes materiais para investigar as diferenças no seu comportamento sob pressão e na presença de hidrogénio. "Os sistemas de elevada entropia estão a merecer cada vez mais atenção", afirma Fritz Körmann da RUB, outro coautor do artigo. "São importantes para a ciência fundamental, mas também para as suas diversas aplicações, que podem ajudar a moldar um futuro tecnologicamente avançado e sustentável."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Konstantin Glazyrin, Kristina Spektor, Maxim Bykov, Paulo H. B. Carvalho, Weiwei Dong, Fritz Körmann, Asami Sano-Furukawa, Takanori Hattori, Doreen C. Beyer, Martin Sahlberg, Yuji Ikeda, Ji Hun Yu, Yang Sangsun, Jai-Sung Lee, Shrikant Bhat, Michael Hanfland, Blazej Grabowski, Sergiy Divinski, Kirill V. Yusenko; "Synthesis of high-entropy hydride from the cantor alloy (fcc–CoCrFeNiMn) at extreme conditions"; Nature Communications, Volume 17, 2026-3-17
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