Investigação da FCUP está na “corrida” ao hidrogénio verde com aposta em dispositivos inovadores e mais eficientes para a produção deste combustível.
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.
O fotoeletrodo poderá ser produzido a partir da hematite (também conhecida como ferrugem), que deriva do óxido de ferro, muito abundante no nosso país. Foto: Egídio Santos/UPorto
Quantos 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.
Imagem de microscópio de nanoestruturas em forma de nanotubos obtida no Centro de Materiais da U.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. O objetivo é chegar à 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.