Nanotecnologia e hidrogénio verde
Uma equipa de investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP) trabalha com nanomateriais para a produção de hidrogénio verde, gerado a partir da energia solar.
O projeto H2Flexi-PEC’s, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), propõe uma alternativa mais barata, eficiente e escalável para a indústria produzir este combustível do futuro.
O hidrogénio, que vemos por exemplo já a ser utilizado em transportes públicos, só é “verde” se a sua produção industrial utilizar electricidade de energia renovável. O que acontece com as células fotoeletroquímicas (PEC, do inglês, Photoelectrochemical) que funcionam com energia solar.
Têm um conjunto de componentes que, quando iluminados e imersos em água (do mar), geram portadores de carga e decompõem-na em oxigénio e hidrogénio, num processo designado como eletrólise.
Nos laboratórios do Instituto de Física de Materiais Avançados, Nanotecnologia e Fotónica (IFIMUP), pretende-se chegar a uma nova geração destas células, através da construção de um fotoeletrodo, semicondutor, composto por materiais que existem em abundância no nosso país.
O trióxido de tungsténio, a hematite (conhecida vulgarmente como ferrugem, fase mais estável do óxido de ferro) e o dióxido de titânio, para além de serem de baixo custo, têm uma elevada estabilidade, ou seja, são eficientes durante mais tempo e não se degradam facilmente.
Quanto mais pequenos, melhor
Um novo método para otimizar a captura de luz é a incorporação de nanoestruturas plasmónicas no semicondutor, fabricadas a partir destes materiais abundantes. Estas atuam como concentradores de luz, levando assim ao aumento da eficiência.
Não os vemos a olho nu, mas nestes fotoeletrodos podem estar nanotubos distribuídos hexagonalmente ou mesmo nanofios ou filmes finos. E os detalhes fazem toda a diferença no que toca à eficiência:
“Se eu reduzir um material e aumentar a sua porosidade, obtenho uma maior área superficial, por consequência mais água em contacto com o material, assim como maior área exposta à luz”
explica a líder do projeto, Arlete Apolinário.
Depois de os desenvolver nos laboratórios do IFIMUP, os investigadores testam, em equipamento próprio, a estrutura que criaram. Para verem estas nanoestruturas usam um Microscópio Electrónico.
Em seguida, passam à caracterização e aos testes no simulador solar existente na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.
Células flexíveis
Para uma maior eficiência e versatilidade querem também torná-las flexíveis.
“A tradicional célula fotoeletroquímica é feita em substratos rígidos transparentes. Pretendemos desenvolver uma célula flexível que possa ser fabricada através de processos de impressão em larga escala, o que reduz significativamente os custos de produção. Para além disso, é vantajoso para a indústria ao nível do design por ser muito mais versátil, por exemplo, fácil de aplicar em superfícies curvas ou irregulares”, descreve a investigadora.
No final do projeto, o objetivo dos investigadores da FCUP é então apresentar uma célula PEC flexível, FlexiPEC’s, com uma relação preço-desempenho adequada para competir com a geração elétrica tradicional baseada nos combustíveis fósseis.
Querem obter estes dispositivos PEC para aproximar a produção de hidrogénio com base em energia solar a uma tecnologia viável de grande escala, com eficiência solar-química de 10%, a necessária para comercialização.
Arlete Apolinário acredita que esta será uma importante “arma”: “uma resposta num conjunto de respostas” para um planeta mais sustentável e para atingir a meta da neutralidade carbónica até 2050. Porque, no meio de uma missão urgente na qual a Humanidade se debate no momento, “não vai haver uma solução energética, mas sim um conjunto de soluções”.
Urge trabalhar em diversas frentes e os investigadores da FCUP já estão na dianteira.
