Uma parceria entre cientistas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão e da Universidade de Tóquio trabalha em um hidrogel para geração autônoma de hidrogênio verde. A inovação da equipe liderada por Kosuke Okeyoshi consiste em utilizar energia luminosa para separar os átomos de hidrogênio de moléculas de água, um processo que imita a fotossíntese natural. O hidrogênio é uma das promessas para substituir combustíveis fósseis que poluem a atmosfera.
O estudo publicado na revista Chemical Communications utiliza redes de polímeros estruturadas como base que permite o fluxo de elétrons ao romper as moléculas de água. Complexo de rutênio e nanopartículas de platina auxiliam a transferência ativa desses elétrons ao servirem como meio que não reage com os elementos, mas estimula a movimentação das partículas de carga negativa, o que causa o rompimento com o oxigênio.
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Okeyoshi ressalta, em nota à imprensa, que os polímeros evitam aglomeração de cadeias, uma dificuldade comum em sistemas de fotossíntese sintética que reduz o nível de oxigênio produzido. "O que é único aqui é a forma como as moléculas estão organizadas dentro do hidrogel. Ao criar um ambiente estruturado, tornamos o processo de conversão de energia muito mais eficiente", afirmou a primeira-autora, Reina Hagiwara, também em nota.
O transporte ativo de elétrons é fundamental ao converter energia luminosa em energia química, segundo Flavio de Souza, coordenador do subprograma de hidrogênio de baixo carbono do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), em São Paulo. "No contexto do artigo, materiais sintéticos que absorvem luz solar geram cargas (elétrons e buracos), que precisam de um transporte efetivo de elétrons ao participar da reação redox", explica.
A partir da relação entre quantidade de hidrogênio extraído e a quantidade de fótons absorvidos pelo hidrogel, os pesquisadores verificaram uma eficiência quântica de 13% na conversão de energia luminosa para energia química. A título de comparação, durante a fixação de carbono realizada na fotossíntese natural, essa taxa não costuma ultrapassar 1% de eficiência.
"Do ponto de vista termodinâmico, a fotossíntese natural é uma reação não espontânea e desfavorável, ao contrário da fotossíntese artificial, que pode ser otimizada para ser mais eficiente em condições controladas", afirma Flavio de Souza. Ele destaca a ausência de limitações biológicas na reposição dos materiais responsáveis pelas reações no processo artificial. Tanto o pesquisador brasileiro quanto os autores mencionam, porém, a necessidade de refinar e elevar a técnica à escala industrial.
Verdejante
Baseada na luz, fonte renovável e autônoma de energia, a técnica desenvolvida no Japão eleva o grau de sustentabilidade na produção de hidrogênio. O produto final é classificado em negro, cinza, marrom, musgo ou verde, de acordo com sua origem. Os quatro primeiros são mais danosos ao meio ambiente por envolverem a queima de combustível (gás natural, carvão, biomassa ou biocombustíveis) em sua produção.
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Apenas quando a separação do hidrogênio emprega exclusivamente fontes de energia limpas e renováveis, ele pode ser considerado hidrogênio verde. A inspiração no processo natural de fotossíntese adiciona uma vantagem a mais ao novo hidrogel: pelo fato de sua matéria ser sensível à luz, não há necessidade de fontes externas que forneçam energia para a reação.
Souza afirma que a nova abordagem representa um avanço significativo para o cumprimento das metas globais de reduzir as emissões de carbono e promover uma sociedade mais sustentável. "Entre as diversas formas de produzir hidrogênio artificialmente, a utilização de materiais abundantes, de baixo custo e baixa toxicidade, capazes de gerar hidrogênio apenas na presença de luz e água, é a maneira mais eficiente e rápida de alcançar essas metas", frisa.
Como alternativa
Opção sustentável aos combustíveis fósseis, entre eles, o petróleo e o gás natural, o hidrogênio verde é produzido a partir de fontes de energia renováveis, como a solar, a eólica e a hidráulica, ou da bioeletricidade, por meio de um processo químico chamado eletrólise. Especialistas afirmam que, entre suas vantagens, estão o uso em veículos, aviação e navios, além de matéria-prima para sintetizar amônia verde, aço e metanol. Não é tóxico.
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