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Catalisadores são de extrema relevância para a produção de produtos químicos e armazenamento de energia com hidrogênio. Pesquisadores do Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg para Energias Renováveis (HI ERN) e Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) descobriram agora que a formação de bolhas nos poros de um catalisador pode ser essencial para sua atividade. Suas descobertas ajudam a otimizar materiais catalisadores para reações nas quais os gases são formados a partir de líquidos – e que desempenham um papel central em uma futura economia de hidrogênio verde.
Os catalisadores aceleram as reações químicas sem serem consumidos por si mesmos. Um grande número de reações na natureza e na indústria só funcionam graças à ajuda deles. Por exemplo, os catalisadores são usados em cerca de 80% de todos os processos de produção química e também desempenham um papel importante nas tecnologias de armazenamento químico de hidrogênio.
Na maioria dos casos, os chamados catalisadores heterogêneos estão envolvidos, que estão em um estado agregado diferente dos reais parceiros da reação. Catalisadores sólidos e porosos são particularmente importantes aqui, pois podem ser muito bem separados de produtos de reação líquidos ou gasosos.
Pesquisadores do HI ERN e da FAU descobriram agora: A produtividade desse tipo de catalisador para reações de geração de gás pode ser acentuadamente aumentada se bolhas de gás se formarem com facilidade nos poros do catalisador.
“Esse fator adicional, que determina significativamente a velocidade da reação, era desconhecido anteriormente. Até agora, supunha-se que a velocidade da reação era determinada apenas pela reação química da superfície ou pelo transporte de moléculas para os centros ativos do catalisador”, explica Prof. Dr. Peter Wasserscheid, diretor do Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg, braço do Jülich Research Center, e chefe da Cátedra de Engenharia de Reações Químicas da FAU.
Aumentar a produtividade por um fator de 50
A descoberta foi feita usando uma reação que pode desempenhar um papel fundamental no transporte de hidrogênio verde no futuro. Para tanto, o hidrogênio é armazenado e transportado ligado a um meio carreador líquido – neste caso LOHC (“transportador de hidrogênio orgânico líquido”) – e posteriormente liberado a partir dele.
A tecnologia é considerada extremamente segura e de fácil manuseio. Quanto mais rápido o hidrogênio puder ser liberado do meio carreador com a ajuda de um catalisador, mais compacta e poderosa essa tecnologia pode ser usada.
Os pesquisadores do HI ERN e da FAU conseguiram mostrar que 50 vezes mais hidrogênio é liberado do meio carreador por unidade de tempo nas mesmas condições quando a formação de bolhas de gás nos poros do catalisador é induzida no processo.
A razão para a enorme diferença: “Normalmente, o sistema produz apenas hidrogênio dissolvido durante a liberação de hidrogênio catalítico. A saturação então se estabelece rapidamente na fase líquida em torno dos centros ativos do catalisador”, diz Peter Wasserscheid.
As bolhas nos poros do catalisador, por outro lado, agem como pequenas bombas. Eles ajudam a remover o hidrogênio liberado. “Depois que uma bolha se forma em um poro do catalisador, a bolha crescente coleta o hidrogênio formado. Quando a bolha se desprende no líquido circundante, o transportador de hidrogênio carregado flui de volta para o poro e o processo começa novamente”, explica Peter Wasserscheid o princípio.
A formação de bolhas, conhecida como nucleação, também pode ser induzida artificialmente, por exemplo, modificando quimicamente a superfície do catalisador ou por um estímulo mecânico. As descobertas lançam uma nova luz sobre os fatores limitantes de desempenho na catálise heterogênea, que são de grande relevância, especialmente para a economia do hidrogênio verde do futuro.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Forschungszentrum Juelich. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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