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Uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) fez uma descoberta científica fortuita que poderia revolucionar a forma como a água é decomposta para liberar gás hidrogênio – um elemento crucial para muitos processos industriais.
A equipe, liderada pelo Professor Associado Xue Jun Min, Dr Wang Xiaopeng e Dr Vincent Lee Wee Siang do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do NUS College of Design and Engineering (NUS CDE), descobriu que a luz pode desencadear um novo mecanismo em um material catalítico usado extensivamente na eletrólise da água, onde a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio. O resultado é um método mais eficiente de obtenção de hidrogênio.
Este avanço foi alcançado em colaboração com o Dr. Xi Shibo do Instituto de Sustentabilidade para Produtos Químicos, Energia e Meio Ambiente da Agência para Ciência, Tecnologia e Pesquisa (A*STAR); Dr Yu Zhigen do Instituto de Computação de Alto Desempenho sob A*STAR; e Dr Wang Hao do Departamento de Engenharia Mecânica sob o NUS CDE.
“Descobrimos que o centro redox para a reação eletrocatalítica é alternado entre metal e oxigênio, acionado pela luz”, disse Assoc Prof Xue. “Isso melhora em grande parte a eficiência da eletrólise da água.”
A nova descoberta pode potencialmente abrir novos e mais eficazes métodos industriais de produção de hidrogênio e colocar essa fonte de combustível ecologicamente correta ao alcance de mais pessoas e indústrias.
Assoc Prof Xue e sua equipe detalharam sua descoberta em um artigo de pesquisa publicado na revista científica Natureza em 26 de outubro de 2022.
O avanço acidental
Em circunstâncias normais, o Assoc Prof Xue e sua equipe podem não ter conseguido encontrar uma descoberta tão inovadora. Mas uma queda de energia acidental das luzes do teto em seu laboratório há quase três anos permitiu que eles observassem algo que a comunidade científica global ainda não conseguiu fazer.
Naquela época, as luzes do teto do laboratório de pesquisa do Assoc Prof Xue geralmente ficavam acesas por 24 horas. Uma noite em 2019, as luzes se apagaram devido a uma queda de energia. Quando os pesquisadores retornaram no dia seguinte, descobriram que o desempenho de um material à base de oxihidróxido de níquel no experimento de eletrólise da água, que havia continuado no escuro, havia caído drasticamente.
“Esta queda no desempenho, ninguém nunca notou antes, porque ninguém nunca fez o experimento no escuro”, disse o Assoc Prof Xue. “Além disso, a literatura diz que tal material não deve ser sensível à luz; a luz não deve ter nenhum efeito em suas propriedades”.
O mecanismo eletrocatalítico na eletrólise da água é um tópico muito bem pesquisado, enquanto o material à base de níquel é um material catalítico muito comum. Assim, a fim de estabelecer que eles estavam prestes a descobrir algo inovador, o Assoc Prof Xue e sua equipe embarcaram em vários experimentos repetidos. Eles se aprofundaram na mecânica por trás de tal fenômeno. Eles até repetiram o experimento fora de Cingapura para garantir que suas descobertas fossem consistentes.
Três anos depois, o Assoc Prof Xue e sua equipe finalmente puderam compartilhar suas descobertas publicamente em um artigo.
Próximos passos
Com suas descobertas, a equipe agora está trabalhando no projeto de uma nova maneira de melhorar os processos industriais para gerar hidrogênio. O Assoc Prof Xue está sugerindo que as células que contêm água sejam transparentes, de modo a introduzir luz no processo de separação da água.
“Isso deve exigir menos energia no processo de eletrólise e deve ser muito mais fácil usar luz natural”, disse Assoc Prof Xue. “Mais hidrogênio pode ser produzido em menos tempo, com menos energia consumida.”
As empresas de alimentos usam gás hidrogênio para transformar óleos e gorduras insaturados em saturados, que nos fornecem margarina e manteiga. O hidrogênio também é usado para soldar metais, pois pode gerar uma alta temperatura de 4.000 graus C. A indústria do petróleo usa o gás para remover o teor de enxofre do óleo.
Além disso, o hidrogênio pode potencialmente ser usado como combustível. Há muito anunciado como um combustível sustentável, o combustível de hidrogênio não produz emissões, pois queima ao reagir com o oxigênio – não é necessária ignição, tornando-o uma fonte de combustível mais limpa e ecológica. Também é mais fácil de armazenar, tornando-o mais confiável do que as baterias movidas a energia solar.
Assoc Prof Xue está feliz que as descobertas de sua equipe de pesquisadores possam contribuir para a descoberta científica. Ele acha que a maneira de desenvolver a ciência não é continuar encontrando novas maneiras de fazer o que já foi feito, mas constantemente ultrapassar os limites.
“É somente através do acúmulo de novos conhecimentos que podemos melhorar a sociedade progressivamente”, disse Assoc Prof Xue.
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