Glicerina substitui com vantagem a água na produção de hidrogênio verde

Um estudo liderado por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (Cine) demonstrou que a troca de água por glicerol – popularmente conhecido como glicerina – incrementa a eficiência de células fotoeletroquímicas, equipamentos que usam luz solar como fonte de energia limpa e renovável para gerar hidrogênio verde.

O Cine é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela Fapesp e pela Shell em 2018. O centro é sediado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras.

Nas células fotoeletroquímicas, a luz é absorvida no fotoanodo por materiais sensíveis e impulsiona uma série de reações de oxidação (perda de elétrons) e redução (ganho de elétrons) que, no final, dividem a molécula de água em moléculas de oxigênio e hidrogênio. Entretanto, a oxidação da água é um processo lento e pouco eficiente, razão pela qual grupos de pesquisa em todo o mundo buscam formas de superar essa limitação.

Uma delas consiste em substituir a água por outras moléculas que possam ser oxidadas com mais facilidade e que gerem correntes elétricas maiores, tornando mais eficiente a produção de hidrogênio. A ideia é usar moléculas orgânicas obtidas de fontes renováveis e sustentáveis, como os resíduos de biomassa.

“No processo de geração de hidrogênio é preciso de energia, que pode ser oriunda da rede elétrica, como na eletrólise clássica, ou de outras fontes, como a energia solar”, explica Elton Sitta, professor da UFSCar e pesquisador do Cine. “Em nosso trabalho estudamos moléculas orgânicas que, quando oxidadas, podem servir de fontes de elétrons e prótons para geração de hidrogênio”, diz Sitta, que liderou o estudo, publicado no periódico Electrochimica Acta.

Os autores fizeram experimentos para comparar a oxidação de moléculas de metanol, etileno glicol e glicerol em fotoanodos de vanadato de bismuto, material considerado promissor para esse tipo de aplicação por causa de sua boa absorção de luz, baixa toxicidade, baixo custo e estabilidade perante a umidade e a luz.

A equipe de pesquisa concluiu que o glicerol apresenta a melhor atividade na geração de elétrons para a produção de hidrogênio verde. Além disso, é uma substância amplamente disponível no Brasil por ser um subproduto da produção de biodiesel. Finalmente, a sua oxidação gera, além dos elétrons, algumas substâncias que podem ser usadas como matérias-primas em diversas indústrias.

“Para a produção em larga escala, há desafios tanto para a oxidação da água como para a de moléculas orgânicas como fonte de elétrons, mas as orgânicas têm se mostrado uma alternativa interessante para evitar a corrosão dos fotocatalisadores e a possibilidade de se obter outros produtos de valor agregado”, afirma Sitta.

Realizada na Unicamp e na UFSCar, a pesquisa contou com financiamento da Fapesp por meio de outros três projetos.

O artigo Methanol, ethylene glycol, and glycerol photoelectrochemical oxidation reactions on BiVO4: Zr,Mo/Pt thin films: A comparative study pode ser lido clicando aqui.