Pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) desenvolveram um método inovador que torna a fabricação de ânodos, componentes essenciais para a produção de hidrogênio, mais rápida e econômica. Esses ânodos são utilizados em eletrolisadores, dispositivos que separam as moléculas de água para extrair o hidrogênio, liberando oxigênio no processo.

A liberação do oxigênio é uma etapa que requer um alto consumo de energia, mas é crucial, pois é nesse momento que se geram os elétrons e prótons necessários para a formação do hidrogênio, que ocorre no cátodo. Para otimizar esse processo, os pesquisadores utilizam catalisadores no ânodo, que facilitam a reação e, assim, reduzem o gasto energético. Melhorar a eficiência dos catalisadores contribui para uma produção de hidrogênio mais barata e sustentável.

Inovação no material do ânodo

O novo ânodo criado pela equipe consiste em um substrato de titânio coberto com uma fina camada de óxidos de rutênio e manganês. Essa combinação de materiais proporciona alta atividade catalítica e durabilidade. Para determinar a melhor composição, os pesquisadores testaram várias proporções dos óxidos e três métodos de tratamento térmico: forno convencional, micro-ondas e laser. A análise focou nas propriedades e no desempenho dos ânodos resultantes.

Os resultados foram publicados em março no periódico científico Electrochimica Acta. As experiências demonstraram que os métodos alternativos de aquecimento, como micro-ondas e laser, não apenas diminuem o tempo de produção, mas também geram ânodos com maior atividade para a liberação de oxigênio, o que implica em menor consumo de energia e custos reduzidos.

Segundo o professor da UFSCar, Elton Sitta, que liderou a pesquisa, “a principal contribuição do estudo foi demonstrar que o método de aquecimento utilizado na síntese desses ânodos exerce forte influência sobre suas propriedades estruturais, morfológicas e eletrocatalíticas”.

Testes em condições reais

Os ânodos foram testados em dois cenários que demandam catalisadores altamente estáveis e ativos. Primeiro, foram avaliados em condições similares às dos eletrolisadores do tipo PEM (sigla para Proton Exchange Membrane), uma das tecnologias mais promissoras para a produção de hidrogênio de baixo carbono. Em seguida, os testes foram realizados com água do mar, uma abordagem que evita o uso de água potável e utiliza um recurso abundante.

“Os resultados mostraram que os filmes obtidos pelos métodos de micro-ondas e laser têm características particularmente interessantes para futuras aplicações em eletrolisadores que operam em meio ácido e com água do mar”, afirma Sitta.

A pesquisa contou com a colaboração da Universidade Tiradentes (Unit) em Sergipe, permitindo a combinação de competências que enriqueceram o estudo, desde a preparação dos materiais até a investigação de suas propriedades e aplicações em condições reais. “Esse tipo de colaboração fortalece a pesquisa nacional e contribui para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis para a produção de hidrogênio verde”, destaca Isabelle M.D. Gonzaga, primeira autora do artigo.

De acordo com Sitta, as técnicas alternativas têm o potencial de acelerar a produção de ânodos, tornando-a mais eficiente e competitiva economicamente. “Do ponto de vista industrial, o aquecimento por micro-ondas parece ser a alternativa mais facilmente adaptável para produção em larga escala, enquanto o uso de laser pode ser especialmente interessante em processos automatizados e contínuos de fabricação de eletrodos [ânodos]”, conclui.