A pesquisa da Oregon State University sobre o projeto de catalisadores mostrou que o hidrogaªnio pode ser produzido de forma limpa com muito mais eficiência e a um custo mais baixo do que épossí­vel com os atuais catalisadores disponí­veis no mercado.

Um catalisador éuma substância que aumenta a taxa de uma reação química sem sofrer qualquer alteração química permanente.

As descobertas são significativas porque a produção de hidrogaªnio éimportante para "muitos aspectos de nossa vida, como células de combusta­vel para carros e a fabricação de muitos produtos químicos aºteis, como ama´nia", disse Zhenxing Feng da Faculdade de Engenharia da OSU, professor de engenharia química quem liderou a pesquisa. "Ele também éusado no refino de metais, para a produção de materiais artificiais, como pla¡sticos, e para uma sanãrie de outros fins."

A produção de hidrogaªnio pela divisão da águapor meio de um processo catala­tico eletroqua­mico émais limpa e sustenta¡vel do que o manãtodo convencional de derivar hidrogaªnio do gás natural por meio de um processo de produção de dia³xido de carbono conhecido como reforma de metano-vapor, disse Feng. Mas o custo da técnica mais verde tem sido uma barreira no mercado.

As novas descobertas, que descrevem maneiras de projetar catalisadores que podem melhorar muito a eficiência do processo de produção de hidrogaªnio limpo , foram publicadas na Science Advances e JACS Au .

Ao facilitar os processos de reação, os catalisadores costumam sofrermudanças estruturais, disse Feng. a€s vezes, asmudanças são reversa­veis, outras vezes irreversa­veis, e acredita-se que a reestruturação irreversa­vel degrada a estabilidade do catalisador, levando a uma perda da atividade catala­tica que diminui a eficiência da reação.

Feng, OSU Ph.D. o aluno Maoyu Wang e colaboradores estudaram a reestruturação de catalisadores na reação e, em seguida, manipularam sua estrutura e composição desuperfÍcie em escala atômica para obter um processo catala­tico altamente eficiente para a produção de hidrogaªnio.

Uma fase ativa de um catalisador baseado em hidra³xido de ira­dio amorfo exibiu eficiência 150 vezes maior que sua estrutura original de perovskita e quase três ordens de magnitude melhor do que o catalisador comercial comum, a³xido de ira­dio. 

"Encontramos pelo menos dois grupos de materiais que passam pormudanças irreversa­veis que se revelaram catalisadores significativamente melhores para a produção de hidrogaªnio", disse Feng. "Isso pode nos ajudar a produzir hidrogaªnio a US $ 2 por quilograma e, eventualmente, US $ 1 por quilograma. Isso émenos caro do que o processo poluente nas indaºstrias atuais e ajudara¡ a atingir a meta dos Estados Unidos de emissão zero até2030."

Feng observa que o Departamento de Energia, Hidrogaªnio e Escrita³rio de Tecnologias de Canãlulas de Combusta­vel dos Estados Unidos estabeleceu padraµes de referaªncia de tecnologias que podem produzir hidrogaªnio limpo a US $ 2 por quilo até2025 e US $ 1 por quilo até2030 como parte da   meta do Hydrogen Energy Earthshot de cortar custos de energia limpa hidrogaªnio em 80%, de $ 5 a $ 1 por quilograma, em uma década.

A tecnologia de eletra³lise da águapara a produção de hidrogaªnio limpo na qual o grupo de Feng se concentra usa eletricidade de fontes renova¡veis ​​para dividir a águapara produzir hidrogaªnio limpo. No entanto, a eficiência da divisão da águaébaixa, disse ele, principalmente devido ao alto sobrepotencial - a diferença entre o potencial real e o potencial tea³rico de uma reação eletroquímica - de uma meia-reação chave no processo, a reação de evolução de oxigaªnio ou REA.

"Os catalisadores são essenciais para promover a reação de divisão da água, reduzindo o excesso de potencial e, portanto, reduzindo o custo total para a produção de hidrogaªnio", disse Feng. "Nosso primeiro estudo em JACS Au estabeleceu a base para nose, conforme demonstrado em nosso artigo da Science Advances, agora podemos manipular melhor os a¡tomos nasuperfÍcie para projetar catalisadores com a estrutura e composição desejadas."