Na nova célula, a camada de catálise consiste em ionômeros e catalisadores.
[Imagem: KIST]

Sem platina e sem titânio

Pesquisadores da Coreia do Sul criaram um novo tipo de membrana que pode ser a inovação que faltava para viabilizar a eletrólise da água usando energias renováveis, para produzir o tão esperado hidrogênio verde.

As células a combustível usam o hidrogênio para produzir eletricidade diretamente, liberando apenas água como subproduto, o que as torna promissoras para aplicações que vão dos veículos elétricos e fontes de energia residenciais até grandes usinas. Ou então o gás pode ser queimado diretamente, com uma combustão absolutamente livre de fumaças e gases de efeito estufa.

Acontece que a quase totalidade do hidrogênio é fabricada hoje pela reforma do metano presente no gás natural, com uma pesada pegada de carbono. Por isso, há um campo de pesquisa muito ativo para o desenvolvimento de novas tecnologias de eletrólise da água, que pode extrair o hidrogênio da água usando energia verde, evitando totalmente a emissão de gases de efeito estufa.

O maior empecilho à viabilização comercial dessas células, ou reatores, está em uma membrana que permite a passagem dos núcleos de hidrogênio: Elas são caras porque usam o metal nobre platina nos eletrodos e titânio na placa de separação.

Nanjun Chen e seus colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST) criaram agora uma membrana que dispensa totalmente a platina e ainda troca o titânio pelo muito mais barato ferro.

Levando em conta o preço do catalisador e do material separador, o custo de fabricação da membrana, que é a alma da célula de eletrólise, é reduzido em aproximadamente 3.000 vezes em comparação com os custos atuais.

A unidade pode produzir hidrogênio verde usando eletricidade renovável.
[Imagem: Nanjun Chen et al. - 10.1039/D1EE02642A]

Recorde de desempenho

A equipe obteve uma alta condutividade iônica e elevada durabilidade do material em condições alcalinas aumentando a área de superfície específica interna da membrana.

O protótipo apresentou uma durabilidade de mais de 1.000 horas de operação e atingiu um novo recorde de desempenho de uma unidade de eletrólise de água, alcançando 7,68 A/cm2.

Isso é cerca de seis vezes mais do que o desempenho dos materiais de troca aniônica existentes e cerca de 1,2 vez o da cara tecnologia atual, com platina e titânio (6 A/cm2).

Outro fator crucial da pesquisa é que a membrana também pode funcionar ao reverso, operando no interior das células a combustível, que pegam o hidrogênio e produzem eletricidade, de forma igualmente limpa.

"O material que desenvolvemos tem um alto potencial de aplicação como material central não apenas para eletrólise da água, mas também para células de combustível de hidrogênio, utilização de captura de carbono e células de combustível de amônia direta, que são a próxima geração da indústria de hidrogênio," disse o professor Young Lee, coordenador da equipe.