Poupança de platina na produção de hidrogénio
A TU Wien demonstra como é possível poupar até 88 por cento da platina utilizada nos eletrolisadores de hidrogénio
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A eletrólise do hidrogénio é uma tecnologia importante para o futuro. No entanto, atualmente depende de quantidades significativas de platina, um material dispendioso. Novos resultados da TU Wien mostram que pode ser suficiente uma quantidade muito menor.
Qual deve ser a espessura da camada de platina para evitar que seja destruída?
© TU Wien
Prevê-se que o hidrogénio se torne um importante vetor energético do futuro, especialmente para aplicações industriais. Mas isso requer tecnologias respeitadoras do clima que separem a água em hidrogénio e oxigénio. Um dos principais desafios é o custo: a eletrólise da água por PEM requer componentes capazes de resistir a condições altamente corrosivas. Alguns desses componentes são revestidos com platina.
Experiências realizadas na TU Wien analisaram agora mais detalhadamente os processos eletroquímicos que ocorrem nesses revestimentos de platina. Os resultados mostram que, se o revestimento for concebido corretamente, é necessária uma quantidade significativamente menor de platina do que a que é habitualmente utilizada atualmente. Isto poderá tornar a eletrólise visivelmente mais económica.
Decompor a Água com Eletricidade
O princípio básico da eletrólise da água é simples: utiliza-se corrente elétrica para separar as moléculas de água. Num dos elétrodos, são produzidas moléculas de oxigénio (O₂), iões de hidrogénio com carga positiva (protões) e eletrões. Os protões migram através de uma membrana para o segundo elétrodo, onde se combinam com os eletrões para formar moléculas de hidrogénio (H₂).
A implementação técnica, no entanto, é mais complicada. «A eletrólise cria um ambiente químico que é prejudicial para muitos componentes metálicos. O metal pode dissolver-se, enquanto, ao mesmo tempo, se podem formar camadas de óxido que impedem o fluxo da corrente elétrica», explica Helmut Riedl-Tragenreif, do Instituto de Ciência e Tecnologia dos Materiais da TU Wien. «Para que o sistema se mantenha operacional durante muito tempo, os diferentes componentes têm de ser cuidadosamente combinados entre si. As placas bipolares desempenham aqui um papel particularmente importante, representando até 30 por cento dos custos totais do sistema.»
Estas placas desempenham várias funções ao mesmo tempo: proporcionam estabilidade mecânica, conduzem corrente elétrica e permitem o transporte de água e gases. O titânio é adequado para este fim, uma vez que é altamente resistente à corrosão, mesmo em condições agressivas. No entanto, forma-se uma camada de óxido na superfície do titânio, e esta camada impede o fluxo de corrente.
Por esta razão, essas placas bipolares são revestidas com uma fina camada de platina. A platina conduz eletricidade, é resistente à corrosão e protege o titânio subjacente. Até agora, no entanto, uma questão importante permanecia em aberto: qual deve ser, na realidade, a espessura desta camada de platina?
Esta questão foi investigada de forma sistemática na TU Wien. O resultado é surpreendente: nas condições estudadas, uma camada de platina com apenas 24 nanómetros de espessura revelou-se suficiente. Em contrapartida, com uma espessura de oito nanómetros, surgiram problemas evidentes.
Em comparação com um revestimento de 200 nanómetros, do tipo atualmente utilizado na indústria, isto significa que cerca de 88 por cento da platina utilizada na camada protetora poderia, potencialmente, ser poupada. «Atualmente, são frequentemente utilizados revestimentos de platina com várias centenas de nanómetros de espessura. Os nossos resultados mostram quão grande é o potencial de poupança», afirma Riedl-Tragenreif. Poupar platina
Um ciclo vicioso autodestrutivo
Para demonstrar isto, não basta simplesmente produzir um revestimento que funcione inicialmente. É também necessário investigar quão resistente este se mantém em condições de funcionamento agressivas. «Analisámos os revestimentos antes e depois da tensão eletroquímica utilizando métodos de alta resolução», afirma Riedl-Tragenreif. «Uma questão particularmente importante é saber se se desenvolvem defeitos microscópicos no revestimento.»
Tais defeitos podem desencadear um ciclo vicioso: se a camada protetora de platina for danificada num ponto, o titânio subjacente pode ser atacado. O titânio oxida-se e também podem formar-se pequenas bolhas de oxigénio na interface. Isto pode gerar tensões mecânicas e danificar ainda mais o revestimento de platina. Secções maiores do revestimento podem desprenderse, expondo ainda mais titânio — e o processo acelera.
No caso da camada de platina de oito nanómetros, os investigadores encontraram, de facto, indícios claros de tais danos: após a tensão eletroquímica, o revestimento apresentou defeitos maiores, enquanto um número significativamente maior de iões de titânio e platina foi libertado para o eletrólito.
O revestimento de 24 nanómetros, em contrapartida, permaneceu praticamente intacto nas condições estudadas e manteve a sua boa condutividade elétrica. A libertação de iões metálicos pôde ser mantida a um nível muito baixo.
«Qual a espessura de revestimento que é verdadeiramente ideal depende de muitos fatores, incluindo a técnica de fabrico e a uniformidade do revestimento. Mas o que demonstrámos claramente é que existe um potencial considerável para reduzir o consumo de platina nos eletrolisadores. Do ponto de vista da ciência dos materiais, as espessuras de revestimento habitualmente utilizadas hoje em dia não são necessariamente necessárias», afirma Riedl-Tragenreif.
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.
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