Reator brasileiro gera hidrogênio verde usando luz solar e água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/12/2025

Os planos da equipe incluem a demonstração da fabricação da tecnologia em escala industrial.
[Imagem: CINE]

Fotoeletrolisador

Um reator capaz de produzir hidrogênio sem gerar emissões de carbono, usando apenas luz solar, água e materiais amplamente disponíveis no Brasil, é a nova estrela do chamado hidrogênio verde.

O hidrogênio é um combustível limpo e ambientalmente correto porque, ao ser consumido, mesmo que por combustão, devolve apenas água ao ambiente. O maior problema é que hoje o gás é produzido pela reforma do metano, de origem fóssil, de forte efeito estufa e usando um processo intensivo em energia. Um caminho para fugir dessa pegada consiste sobretudo no chamado hidrogênio solar, que tire o metano da equação e use apenas energia renovável.

Ingrid Gutiérrez e colegas do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE), reunindo pesquisadores de onze universidades brasileiras, está apostando em um equipamento chamado fotoeletrolisador, formado por eletrodos negativos e positivos que absorvem a luz e produzem cargas elétricas, de modo muito parecido com as células solares. Quando chegam à superfície do material, essas cargas propiciam reações de oxidação e redução na molécula da água, gerando oxigênio e hidrogênio.

Ainda não existem fotoeletrolisadores disponíveis comercialmente, mas eles representam uma rota potencial para a produção de hidrogênio verde porque são muito vantajosos. Por exemplo, diferentemente dos eletrolisadores convencionais, aqueles alimentados por luz solar são autossuficientes do ponto de vista energético, ou seja, não precisam se conectar a uma fonte de energia para funcionar porque possuem um fotoânodo.

O fotoânodo é um dos dois eletrodos de um fotoeletrolisador, responsável por absorver a luz solar e utilizar diretamente a sua energia para promover uma série de reações eletroquímicas que, no final, resultam no desprendimento do hidrogênio da molécula de água.

Foi justamente aqui que a equipe brasileira inovou.

Foto do protótipo em teste em condições reais.
[Imagem: Ingrid Rodríguez-Gutiérrez et al. - 10.1021/acsenergylett.5c02340]

Escala industrial

O grande desafio a ser vencido para viabilização comercial dos fotoeletrolisadores está na fabricação em escala de fotoânodos eficientes e estáveis, de preferência usando materiais abundantes e de baixo custo.

"Neste trabalho, apresentamos um avanço essencial nesse caminho ao superar um dos principais gargalos da área: A obtenção de um fotoânodo de hematita eficiente, estável e escalonável," conta o professor Flávio de Souza, que liderou a pesquisa.

A hematita é um óxido de ferro abundante na natureza, considerado muito promissor para a fotoeletrólise principalmente porque não se degrada em contato com a água. A equipe do CINE conseguiu aumentar a eficiência do material sem diminuir sua estabilidade por meio da adição de pequenas quantidades de óxidos de alumínio e zircônio, que são materiais disponíveis no Brasil.

Visando a escalabilidade do processo os pesquisadores desenvolveram um método de fabricação dos fotoânodos passível de ser implementando em escala industrial. Para demonstrar isto, a equipe fabricou cem fotoânodos de modo muito consistente, ou seja, todos apresentando as mesmas propriedades. Usando esses eletrodos, eles então montaram um sistema modular: Dez fotoânodos formam um fotoeletrolisador, e dez desses equipamentos foram postos para operar em conjunto na forma de um módulo de um metro quadrado.

Esquema e foto de um protótipo.
[Imagem: Ingrid Rodríguez-Gutiérrez et al. - 10.1021/acsenergylett.5c02340]

Outro eletrodo

Nos testes realizados em laboratório com um simulador de luz solar, o sistema funcionou de forma estável durante 120 horas. Além disso, um protótipo formado por dois fotoeletrolisadores foi testado ao ar livre e manteve a mesma eficiência verificada no laboratório, além de demonstrar robustez.

É um salto em relação ao trabalho anterior da equipe, anunciado há dois anos, quando a geração de hidrogênio verde ficou 50% mais eficiente.

Agora a equipe está trabalhando no desenvolvimento do outro eletrodo do fotoeletrolisador, o cátodo. A ideia é que esse dispositivo também use apenas a luz do Sol como fonte de energia. "O próximo passo, já em andamento, é um módulo operando 100% com irradiação solar, com cada fotorreator composto por fotoânodo e fotocátodo," anunciou Flávio.

Um sistema de fotoeletrolisador seria ideal para uso em indústrias que precisam de hidrogênio em pontos específicos, injetando diretamente o gás nos processos industriais. Por ser modular, a tecnologia permitiria adaptar facilmente tamanho e capacidade do fotoeletrolisador às necessidades de cada indústria.

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