Energia

Semicondutor vira fotocatalisador e gera hidrogênio a partir da energia solar

Semicondutor vira fotocatalisador e gera hidrogênio a partir da energia solar
O hidrogênio é produzido sem envolver a geração de corrente elétrica, simplificando enormemente o processo e ajudando a diminuir os custos. [Imagem: MPG]

Os semicondutores revolucionaram nossa civilização, ao permitir a construção de transistores e diodos de estado sólido, circuitos integrados, microprocessadores e, finalmente, dos computadores. Agora, uma descoberta feita por cientistas do Instituto Max Planck, na Alemanha, pode fazer com que os semicondutores revolucionem também a forma como geramos energia elétrica.

Energia limpa

O hidrogênio é considerado o combustível do futuro porque sua queima produz apenas água como subproduto. E o melhor dos mundos poderá ser alcançado se ele puder ser produzido a partir da energia solar, outra fonte de energia limpa e renovável.

Todo o hidrogênio vendido comercialmente hoje é produzido a partir do gás natural, um combustível fóssil. Agora, os pesquisadores alemães conseguiram fazer com que um material semicondutor funcione como catalisador, mais especificamente como fotocatalisador, quebrando a molécula da água (H2O) em oxigênio e hidrogênio utilizando a luz do Sol como fonte de energia.

Hidrogênio gerado com energia solar

No final do mês de Julho, outra equipe anunciou ter alcançado 70% de eficiência em um processo semelhante (veja Produção de hidrogênio utilizando energia solar atinge 70% de eficiência), embora não tenham divulgado detalhes sobre o processo de catálise utilizado.

Na pesquisa agora publicada, a equipe do Dr. Martin Demuth utilizou o dissiliceto de titânio (TiSi2), um material semicondutor, como fotocatalisador para quebrar a molécula de água e produzir oxigênio e hidrogênio. O processo é similar ao que ocorre nas plantas com a fotossíntese, que converte a luz do sol diretamente em energia química.

Com o novo fotocatalisador, o hidrogênio é produzido sem envolver a geração de corrente elétrica, simplificando enormemente o processo e ajudando a diminuir os custos. Mesmo que tecnicamente viáveis, a adoção destas novas tecnologias de geração de energia limpa deve vencer também a barreira do custo de produção do hidrogênio, que não pode ser caro demais.

Geração e armazenamento de hidrogênio

O dissiliceto de titânio apresentou outro comportamento extremamente vantajoso no processo: além de produzir o hidrogênio, ele consegue armazená-lo. O armazenamento do hidrogênio é outro entrave tecnológico para sua adoção como combustível em larga escala.

A capacidade de armazenamento do dissiliceto de titânio é menor do que a apresentada por outros materiais atualmente sendo pesquisados, mas ele é tecnicamente mais simples, sendo que o armazenamento é facilmente reversível, algo essencial para que o hidrogênio possa ser utilizado posteriormente. E com a vantagem de operar em temperaturas mais baixas. O oxigênio também é armazenado no processo, mas deve ser liberado em condições diferentes, com temperaturas acima de 100 °C e ausência de luz.

Fotossíntese artificial

Para um semicondutor, o dissiliceto de titânio apresenta propriedades optoeletrônicas ideais para uso como captador de energia solar. "Semicondutores adequados para uso como fotocatalisadores têm sido difíceis de se obter, apresentam características de absorção da luz desfavoráveis ou se decompõem durante a reação," diz o Dr. Demuth.

No início da reação forma-se uma leve camada de óxido sobre o semicondutor, o que é pré-requisito para seu funcionamento como um catalisador ativo. "Nosso catalisador quebra a água com uma eficiência superior à maioria dos outros sistemas semicondutores que também operam utilizando a luz visível," completa o pesquisador.

O TiSi2 é barato, fácil de se produzir e absorve uma ampla faixa de radiações do espectro eletromagnético.

Bibliografia:

A Titanium Disilicide Derived Semiconducting Catalyst for Water Splitting under Solar Radiation
Martin Demuth
Angewandte Chemie International
September 2007
Vol.: 46, No. 41, 7770-7774
DOI: 10.1002/anie.200701626




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