Nova técnica para produzir hidrogênio com energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/11/2015

O resultado foi um aumento notável tanto na absorção dos fótons do Sol - o primeiro problema -, quanto no transporte dos elétrons - o segundo problema. [Imagem: Peter Allen]

Estratégia para combustível limpo

Equipes de todo o mundo estão trabalhando duro em busca de um método barato para gerar combustível limpo.

Uma ideia interessante é usar a energia solar para quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio e, em seguida, usar o hidrogênio como combustível - usado em uma célula a combustível, o hidrogênio gera eletricidade e o único resíduo é novamente água.

Mas quebrar a água em seus elementos constituintes de forma eficiente não tem-se mostrado uma tarefa fácil.

Agora, uma equipe da Universidade de Wisconsin, nos EUA, deu uma contribuição importante para esse esforço. Além de melhorar a eficiência dos processos envolvidos, eles desenvolveram uma nova ferramenta conceitual que pode ser aplicada de forma mais ampla nas diversas técnicas usadas para quebrar a água usando a luz solar.

Tae Woo Kim e seus colegas descobriram uma maneira de aumentar a eficiência com que um eletrodo usado para a separação da água absorve os fótons solares - e, ao mesmo tempo, melhorar o fluxo de elétrons de um eletrodo para o outro, para que energia seja aproveitada.

"Nosso estudo irá incentivar pesquisadores da área a desenvolver maneiras de melhorar múltiplos processos utilizando um único tratamento," disse a professora Kyoung-Shin Choi, orientadora da equipe. "Portanto, não se trata apenas da obtenção de uma maior eficiência, trata-se de oferecer uma estratégia para esse campo de pesquisas."

Nitrogênio e elétrons

Quando se constrói um eletrodo para capturar a luz do Sol, o objetivo é obter o máximo do espectro solar para excitar os elétrons no eletrodo, de forma que eles se desloquem de um estado para outro e fiquem disponíveis para a reação de decomposição da água. Igualmente importante, mas um problema inteiramente diferente, os elétrons precisam mover-se facilmente do eletrodo para um contra-eletrodo, criando um fluxo de corrente.

Até agora, eram necessárias manipulações distintas no material para aumentar a absorção dos fótons e o movimento dos elétrons.

A equipe descobriu que os dois problemas podem ser abordados conjuntamente aquecendo um eletrodo feito de vanadato de bismuto (BiVO₄) a 350 graus Celsius enquanto se força sobre ele um fluxo de nitrogênio.

O resultado foi um aumento notável tanto na absorção dos fótons do Sol - o primeiro problema -, quanto no transporte dos elétrons - o segundo problema.

Tudo aparentemente devido a "defeitos" na estrutura do eletrodo gerados na absorção do nitrogênio. E esse nitrogênio ainda reduz a energia necessária para energizar os elétrons até o estado em que eles ajudam a quebrar as moléculas de água.

Agora é esperar que a técnica seja incorporada por todas as diferentes linhas de pesquisa envolvendo a produção de hidrogênio com energia solar, e ver qual delas produz o melhor resultado.

Bibliografia:

Simultaneous enhancements in photon absorption and charge transport of bismuth vanadate photoanodes for solar water splitting
Tae Woo Kim, Yuan Ping, Giulia A. Galli, Kyoung-Shin Choi
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8769
DOI: 10.1038/ncomms9769