O hidrogênio é apontado como uma das peças importantes da transição energética, mas sua produção ainda enfrenta um obstáculo considerável: dependendo da tecnologia utilizada, fabricar o combustível pode consumir muita energia e gerar emissões. Agora, pesquisadores espanhóis encontraram uma maneira diferente de conduzir essa reação. A proposta combina um catalisador, metano e uma fonte de energia muito conhecida para reduzir drasticamente o calor necessário.
Uma reação que normalmente exige calor extremo
Grande parte do hidrogênio produzido atualmente ainda depende de combustíveis fósseis. Em processos convencionais, decompor o metano exige temperaturas que podem chegar a aproximadamente 900 °C ou até mais.
Isso significa aquecer grandes estruturas para que a reação química aconteça, o que aumenta o consumo energético e também as perdas de calor.
Pesquisadores da Universitat Politècnica de València (UPV) e do Instituto de Tecnologia Química (ITQ), ligado à UPV e ao CSIC, decidiram investigar uma abordagem diferente.
Em vez de simplesmente elevar a temperatura de todo o reator, a equipe utilizou micro-ondas para fornecer energia diretamente ao catalisador.
A diferença parece simples, mas é fundamental. Quando o calor é produzido exatamente no ponto em que a reação acontece, menos energia é desperdiçada aquecendo componentes que não participam diretamente do processo.
Nos experimentos, o método conseguiu alcançar uma conversão de metano de aproximadamente 80% a apenas 500 °C, mantendo seletividade total para a produção de hidrogênio.
Ou seja, a tecnologia não elimina a necessidade de calor, mas reduz consideravelmente a temperatura necessária para realizar a reação.
E existe ainda outra parte interessante nessa história.
Em vez de CO₂, o carbono pode sair como material sólido
A decomposição do metano produz dois elementos importantes: hidrogênio e carbono.
Em muitos processos convencionais, o carbono acaba associado à formação de dióxido de carbono. No método investigado pelos pesquisadores espanhóis, entretanto, ele pode ser separado na forma de carbono sólido.
Isso muda completamente o destino de uma parte do material utilizado na reação.
É importante destacar que isso não significa que o hidrogênio produzido seja automaticamente livre de emissões. A pegada ambiental depende, entre outros fatores, da origem do metano e da eletricidade utilizada para alimentar o sistema.
Ainda assim, evitar a formação direta de CO₂ durante a reação pode representar uma vantagem importante.
E o carbono sólido produzido não precisa necessariamente ser tratado como lixo.
Dependendo das condições do processo, os pesquisadores conseguiram obter diferentes estruturas, incluindo revestimentos de carbono, nanofibras e nanocubos.
Esses materiais possuem propriedades que podem ser interessantes para várias aplicações tecnológicas.
O possível “resíduo” também tem valor
Aqui está uma das características mais interessantes da proposta: o processo pode produzir dois materiais potencialmente úteis ao mesmo tempo.
As estruturas de carbono obtidas podem encontrar aplicações em baterias, supercapacitores, sensores, componentes eletrônicos, materiais compostos e sistemas de armazenamento de energia.
Isso cria uma possibilidade diferente para a produção de hidrogênio.
Em vez de pensar apenas em uma reação que transforma metano em um combustível e deixa um subproduto para ser descartado, os pesquisadores estudam um processo capaz de gerar hidrogênio e, simultaneamente, materiais com potencial valor industrial.
A composição final do carbono pode ser alterada de acordo com as condições utilizadas no reator. Temperatura e outros parâmetros de operação influenciam a estrutura e a morfologia dos materiais produzidos.
Essa flexibilidade pode ser importante caso a tecnologia consiga avançar para aplicações comerciais.
Mas havia ainda uma maneira de melhorar o desempenho do processo.
O ferro ajudou a levar a eficiência ainda mais longe
Os pesquisadores também testaram diferentes elementos que poderiam ser incorporados ao catalisador. Entre eles, um material simples e abundante apresentou resultados particularmente interessantes: o ferro.
Quando utilizaram um catalisador baseado em ferro e carbono com aquecimento por micro-ondas, a conversão do metano chegou a aproximadamente 75%.
Para comparação, utilizando aquecimento convencional nas condições estudadas, o resultado ficou próximo de 50%.
A pesquisa, publicada na revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering, é fruto de anos de trabalho com catálise assistida por micro-ondas.
O resultado não significa que uma nova geração de usinas de hidrogênio esteja pronta para ser construída imediatamente. Ainda existem desafios importantes relacionados à durabilidade dos catalisadores, ao consumo de eletricidade, à operação contínua e, principalmente, à expansão do processo para escala industrial.
Mesmo assim, o princípio demonstrado é relevante.
A ideia é deixar de aquecer enormes estruturas até temperaturas extremas e concentrar a energia exatamente onde ela é necessária.
Se essa estratégia puder ser ampliada economicamente, as micro-ondas podem deixar de ser apenas uma tecnologia associada ao cotidiano e passar a desempenhar um papel inesperado em uma das grandes disputas da transição energética: produzir hidrogênio de maneira mais eficiente e com menor impacto ambiental.
