O hidrogênio verde é considerado uma das grandes apostas para reduzir as emissões de carbono em setores industriais difíceis de eletrificar. Mas existe um obstáculo que continua dificultando sua expansão: o custo elevado dos equipamentos necessários para produzi-lo. Agora, pesquisadores europeus descobriram que uma mudança quase invisível em um componente desses sistemas pode representar uma economia expressiva. E o mais interessante é que a solução não exige inventar um novo material.
O grande obstáculo do hidrogênio verde está escondido dentro dos equipamentos
Produzir hidrogênio verde parece relativamente simples na teoria.
Um equipamento chamado eletrolisador utiliza eletricidade para separar moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Quando a energia utilizada vem de fontes renováveis, como solar e eólica, o processo pode apresentar emissões muito inferiores às da produção convencional.
Entretanto, transformar essa tecnologia em uma alternativa economicamente competitiva ainda representa um desafio.
Entre os equipamentos mais promissores estão os eletrolisadores de membrana de troca de prótons, conhecidos pela sigla PEM.
Eles conseguem responder rapidamente às oscilações na geração de eletricidade, uma característica importante para instalações alimentadas por fontes renováveis.
O problema é que seu funcionamento envolve condições eletroquímicas agressivas, capazes de provocar corrosão em componentes metálicos.
Um dos elementos mais importantes são as placas bipolares, responsáveis por conduzir eletricidade, distribuir fluidos e fornecer estabilidade mecânica ao sistema.
Segundo a Universidade Técnica de Viena (TU Wien), essas placas podem representar até 30% do custo de um sistema de eletrólise.
Normalmente, elas utilizam titânio, um metal resistente à corrosão que apresenta uma dificuldade específica.
Quando sua superfície oxida, forma-se uma camada que prejudica a condução elétrica.
Para evitar esse problema, os fabricantes podem aplicar um revestimento de platina, metal precioso conhecido por sua resistência química.
Mas a platina é cara, e sua utilização contribui para elevar o custo dos equipamentos.
Foi justamente nesse ponto que pesquisadores austríacos decidiram investigar uma possibilidade diferente.
Cientistas descobriram que uma camada quase invisível pode fazer o mesmo trabalho
Uma equipe da TU Wien, liderada por Arno Gitschthaler e com participação de Helmut Riedl-Tragenreif, decidiu estudar quanto de platina realmente seria necessário para proteger as superfícies de titânio.
Em vez de substituir o metal, os pesquisadores reduziram progressivamente a espessura de seu revestimento.
Os resultados, publicados na revista científica ACS Applied Materials & Interfaces, revelaram uma diferença impressionante.
Tradicionalmente, algumas camadas protetoras utilizadas como referência apresentam aproximadamente 200 nanômetros de espessura.
Nos experimentos, porém, um revestimento de apenas 24 nanômetros conseguiu manter suas propriedades protetoras e sua condutividade elétrica.
Isso corresponde a uma redução de 88% na quantidade de platina utilizada na película.
Para entender a dimensão dessa descoberta, um nanômetro equivale à bilionésima parte de um metro.
A camada testada pelos pesquisadores é, portanto, milhares de vezes mais fina do que um fio de cabelo humano.
A quantidade estimada de platina necessária foi de aproximadamente 57 microgramas por centímetro quadrado.
Mas os experimentos também demonstraram que existe um limite importante.
Quando os cientistas reduziram a espessura para oito nanômetros, o revestimento começou a apresentar falhas.
Por que economizar platina demais pode destruir a proteção?
Os testes mostraram que películas extremamente finas podem desenvolver defeitos que comprometem sua capacidade de proteger o titânio.
Quando pequenas regiões do metal ficam expostas, a oxidação pode começar.
Em determinadas condições, também podem surgir bolhas de oxigênio entre o revestimento e a superfície metálica.
Essas bolhas provocam tensões mecânicas e favorecem o desprendimento de partes da camada protetora.
O resultado pode ser um processo progressivo de deterioração.
Nos experimentos, a película de oito nanômetros apresentou sinais de degradação e maior liberação de íons metálicos.
Já a camada de 24 nanômetros permaneceu praticamente intacta durante os testes.
A descoberta demonstra que o segredo não está simplesmente em utilizar a menor quantidade possível de platina.
É necessário encontrar uma espessura capaz de formar uma barreira contínua, resistente e eletricamente eficiente.
Os pesquisadores identificaram um equilíbrio promissor entre economia de material e desempenho.
A descoberta pode baratear o hidrogênio verde, mas ainda existe um desafio
Reduzir o consumo de platina em componentes dos eletrolisadores representa uma oportunidade importante para a indústria.
Além de diminuir a necessidade de um metal precioso, a técnica pode reduzir a dependência de recursos escassos e os impactos associados à sua extração.
Entretanto, existe uma diferença fundamental entre economizar material e reduzir o custo total da produção.
A redução de 88% se refere especificamente à platina utilizada no revestimento estudado.
Isso não significa que o preço de um eletrolisador ou do hidrogênio produzido cairá na mesma proporção.
Os sistemas também dependem de outros componentes, catalisadores, manutenção e grandes quantidades de eletricidade.
Além disso, os pesquisadores ainda precisam demonstrar que a solução funciona durante períodos prolongados e pode ser reproduzida em escala industrial.
A uniformidade das películas e os métodos de fabricação também poderão influenciar os resultados.
Mesmo com essas limitações, o estudo apresenta uma possibilidade relevante para a transição energética.
Em vez de procurar materiais completamente novos, a indústria poderá reduzir custos utilizando com mais precisão os recursos que já conhece.
E, neste caso, uma camada de apenas 24 nanômetros pode representar um avanço importante para tornar o hidrogênio verde mais competitivo.
