{"id":2826,"date":"2021-04-29T09:02:21","date_gmt":"2021-04-29T12:02:21","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ufrgs.br\/ciencia\/?p=2826"},"modified":"2021-04-29T10:04:39","modified_gmt":"2021-04-29T13:04:39","slug":"estudo-da-ufrgs-muda-o-paradigma-sobre-producao-de-energia-limpa-a-partir-de-fotocatalisadores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ufrgs.br\/ciencia\/estudo-da-ufrgs-muda-o-paradigma-sobre-producao-de-energia-limpa-a-partir-de-fotocatalisadores\/","title":{"rendered":"Estudo da UFRGS muda o paradigma sobre produ\u00e7\u00e3o de energia limpa a partir de fotocatalisadores"},"content":{"rendered":"\n

A busca por fontes alternativas de energia \u00e9 um dos maiores desafios mundiais para diminuir a depend\u00eancia dos combust\u00edveis f\u00f3sseis. Nessa procura, um estudo desenvolvido no Laborat\u00f3rio de F\u00edsica de Nanoestruturas do Instituto de F\u00edsica da UFRGS<\/a> mostrou como aumentar a efici\u00eancia energ\u00e9tica de fotocatalisadores para a obten\u00e7\u00e3o de energia qu\u00edmica a partir da fotocat\u00e1lise. Esse processo consiste em quebrar as mol\u00e9culas de \u00e1gua (H2<\/sub>O) com a energia solar para obter hidrog\u00eanio, \u00e1tomo com muita densidade energ\u00e9tica que poderia ser usado como combust\u00edvel em motores de carros, por exemplo, sem a emiss\u00e3o de CO2<\/sub>, um dos gases respons\u00e1veis pelo aquecimento global. O grupo de pesquisa aumentou a efici\u00eancia da t\u00e9cnica de dois modos: diminuindo a energia solar necess\u00e1ria para a rea\u00e7\u00e3o acontecer e aumentando a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio em cerca de dez vezes. Para isso, por sua estrutura eletr\u00f4nica adequada aos objetivos do estudo, foram usadas nanopart\u00edculas de c\u00e9ria (chamada tamb\u00e9m de\n \n \u00f3xido de c\u00e9rio)<\/a> <\/span>Material constitu\u00eddo por C\u00e9rio e Oxig\u00eanio (CeO2<\/sub>)<\/span><\/span><\/span> como fotocatalisadores. A c\u00e9ria possui estrutura microsc\u00f3pica mesoporosa, diferentemente do comumente utilizado tit\u00e2nio, que possui estrutura microporosa. Essa mudan\u00e7a estrutural vai no caminho contraintuitivo para o que se tem estabelecido na literatura.<\/p>\n\n\n\n

O coordenador do Laborat\u00f3rio, Fabiano Bernardi<\/a>, tamb\u00e9m professor do Programa de P\u00f3s-Gradua\u00e7\u00e3o em F\u00edsica da UFRGS, relata que dois artigos foram redigidos a partir dos achados dos estudos [veja abaixo]<\/em>, que come\u00e7aram em 2018 e foram desenvolvidos nos laborat\u00f3rios de qu\u00edmica e de f\u00edsica da UFRGS e em um laborat\u00f3rio de f\u00edsica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Bernardi explica que o caminho diferente para aumentar a efici\u00eancia do fotocatalisador foi poss\u00edvel em fun\u00e7\u00e3o da influ\u00eancia do oxig\u00eanio nas rea\u00e7\u00f5es. A fotocat\u00e1lise utiliza materiais \u00f3xido-met\u00e1licos, que, portanto, s\u00e3o constitu\u00eddos de oxig\u00eanio. Em materiais microporosos, como fotocatalisadores de tit\u00e2nio, quanto maior a aus\u00eancia (vac\u00e2ncia) de oxig\u00eanio no material, maior \u00e9 a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio. \u201cNo entanto, vimos que isso \u00e9 uma meia-verdade. Em materiais mesoporosos, como a c\u00e9ria, o que acontece \u00e9 o exato oposto. Quanto menos vac\u00e2ncia, maior a efici\u00eancia em produzir hidrog\u00eanio\u201d, relata, explicando por que o estudo mostra um caminho diferente do que a literatura tem apontado, al\u00e9m de ser outro motivo para a escolha da c\u00e9ria.<\/p>\n\n\n\n

Segundo Fabiano, o consumo de energia global dobrou de 1973 para 2015 e deve dobrar novamente at\u00e9 2050, sen\u00e3o antes. \u201cEm uma crise energ\u00e9tica mundial, fica evidente a necessidade de mudar a matriz energ\u00e9tica. Grande parte da produ\u00e7\u00e3o de nossa energia \u00e9 baseada em combust\u00edveis f\u00f3sseis, finitos e poluentes. E a\u00ed vem a ideia do uso da energia solar\u201d, esclarece. De acordo com o professor, o consumo energ\u00e9tico anual global \u00e9 aproximadamente igual \u00e0 energia que o Sol entrega em uma hora para a Terra. No entanto, esse problema n\u00e3o est\u00e1 simplesmente resolvido, porque a forma com que se consegue aproveitar essa energia atualmente \u00e9 muito pouco eficiente. \u201cSe consegue pegar um pequeno percentual [da energia solar emitida], que ent\u00e3o \u00e9 transformado e sobra muito pouco\u201d, salienta.<\/p>\n\n\n\n

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Foto: Divulga\u00e7\u00e3o<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
A efici\u00eancia da fotocat\u00e1lise<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Wallace Figueiredo<\/a>, um dos doutorandos que participaram do estudo, conta que o grupo trabalhou muito com a quebra da mol\u00e9cula da \u00e1gua para obter hidrog\u00eanio. Ele explica que a mol\u00e9cula da \u00e1gua poderia ser quebrada sem catalisador, mas seria necess\u00e1ria muita energia, e o catalisador faz com que a quebra ocorra mais facilmente. No caso do fotocatalisador, a energia necess\u00e1ria para a quebra \u00e9 proveniente de uma fonte de luz, do Sol.<\/p>\n\n\n\n

No experimento, a \u00e1gua fica em uma esp\u00e9cie de becker, sob uma luz forte para simular o Sol. A c\u00e9ria, que \u00e9 um p\u00f3 com colora\u00e7\u00e3o do branco at\u00e9 tons muito leves de amarelo, \u00e9 dissolvida diretamente na \u00e1gua e promove uma rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica. H\u00e1 tamb\u00e9m um agente de sacrif\u00edcio, outro metal, para que o oxig\u00eanio se deposite l\u00e1, enquanto o hidrog\u00eanio (nesse caso, na forma H2<\/sub>) fica suspenso no ar dentro do recipiente. A rea\u00e7\u00e3o vai acontecendo, e, a cada trinta minutos, pode-se medir a concentra\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio no sistema. Desse processo de fotocat\u00e1lise prov\u00e9m a energia qu\u00edmica que \u00e9 o objetivo do trabalho. Conforme explica Fabiano, para uma mol\u00e9cula de \u00e1gua quebrar, \u00e9 preciso um par el\u00e9tron-lacuna: um \u201cburaco\u201d onde a part\u00edcula estava e a pr\u00f3pria part\u00edcula. Esse par consegue seguir quebrando mais e mais mol\u00e9culas, liberando mais el\u00e9trons de hidrog\u00eanio. “O papel do fotocatalisador \u00e9 este: ele precisa de uma energia m\u00ednima vinda da luz solar ou outra semelhante para gerar o el\u00e9tron-lacuna e obter o hidrog\u00eanio\u201d, afirma. O professor, no entanto, acrescenta que um dos problemas desse m\u00e9todo est\u00e1 justamente no material fotocatalisante, porque a energia m\u00ednima necess\u00e1ria para que isso aconte\u00e7a se situa em um valor alto dentro de tudo que o Sol entrega para a Terra. O espectro de luz solar tem tr\u00eas n\u00edveis, o infravermelho (IV), a luz vis\u00edvel e a ultravioleta (UV), cada um com um valor energ\u00e9tico, grosso modo. O que acontece \u00e9 que esses n\u00edveis chegam em diferentes propor\u00e7\u00f5es aqui, sendo basicamente: 50% IV, 40% luz vis\u00edvel e 10% UV. Os fotocatalisadores comuns precisam de energia da faixa do UV para atuar. \u201cEnt\u00e3o o que fizemos, que est\u00e1 no primeiro artigo, foi diminuir a energia necess\u00e1ria para esse material, chegando na faixa da luz vis\u00edvel”, esclarece Fabiano \u2013 a partir de uma grande instabilidade at\u00f4mica no fotocatalisador, poss\u00edvel devido a propriedades eletr\u00f4nicas da c\u00e9ria.<\/p>\n\n\n\n

Por fim, al\u00e9m de necessitar menos energia, ao utilizar outro tipo de material, a c\u00e9ria, o grupo conseguiu aumentar tamb\u00e9m a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio em cerca de dez vezes \u2013 produzindo, portanto, mais, com menos energia. \u201c\u00c9 importante ressaltar que a c\u00e9ria n\u00e3o \u00e9 o melhor material para a fotocat\u00e1lise. Geralmente se usa um material \u2018x\u2019, a gente pegou um \u2018y\u2019, que n\u00e3o \u00e9 usado, e falou: olha, ele \u00e9 promissor, e a forma com que se deve otimiz\u00e1-lo \u00e9 essa. O caminho que a literatura est\u00e1 tomando n\u00e3o \u00e9 totalmente certo. Muda-se o paradigma com aquilo que deve ser feito para melhorar a efici\u00eancia de um material\u201d, conclui o professor.<\/p>\n\n\n\n

Ci\u00eancia nacional<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Os artigos foram publicados na revista cient\u00edfica Journal of Materials Chemistry A<\/em>, de relev\u00e2ncia internacional. De acordo com Fabiano, o grupo de pesquisa conta com cerca de doze alunos de mestrado, doutorado ou inicia\u00e7\u00e3o cient\u00edfica, trabalhando diretamente nos laborat\u00f3rios, al\u00e9m de outras participa\u00e7\u00f5es. \u201c\u00c9 um trabalho totalmente brasileiro, feito um pouco em cada laborat\u00f3rio devido \u00e0s potencialidades que cada um tem\u201d, explica o coordenador. Ele ressalta que a pesquisa foi muito completa, porque conseguiu explicar teoricamente tudo que foi feito experimentalmente, al\u00e9m de que muitas t\u00e9cnicas foram estudadas. \u201cPegamos um material e olhamos de diversas formas: a parte de superf\u00edcie, a \u00f3ptica, a estrutura, a eletr\u00f4nica\u2026 O resultado foi eficiente, expressivo internacionalmente, e \u00e9 tudo brasileiro\u201d, conta.<\/p>\n\n\n\n

Diante do grande desafio cient\u00edfico que \u00e9 a gera\u00e7\u00e3o de energia limpa e renov\u00e1vel, o grupo segue trabalhando para produzir materiais melhores na dire\u00e7\u00e3o do que foi descoberto com a c\u00e9ria e tamb\u00e9m materiais para armazenar o H2<\/sub>, outro problema envolvido na quest\u00e3o da energia solar. \u201cPara algumas aplica\u00e7\u00f5es, n\u00e3o adianta apenas produzir H2<\/sub>, mas tamb\u00e9m precisamos armazen\u00e1-lo de forma eficiente\u201d, conclui Fabiano, vislumbrando novos avan\u00e7os cient\u00edficos que sejam ecol\u00f3gica e eficientemente promissores.<\/p>\n\n\n\n

ARTIGOS CIENT\u00cdFICOS<\/h5>\n\n\n\n

Thill, Alisson et al. <\/em>New horizons in photocatalysis: the importance of mesopores for cerium oxide<\/a><\/strong>. Journal of Materials Chemistry A, 2020.<\/p>\n\n\n\n

Thill, Alisson et al. <\/em>Shifting the band gap from UV to visible region in cerium oxide nanoparticles<\/strong><\/a>. <\/em>Applied Surface Science, 2020.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Pesquisadores apontam caminho diferente para aumentar a efici\u00eancia da t\u00e9cnica de obter hidrog\u00eanio como fonte de energia qu\u00edmicaLeia mais<\/a><\/span><\/p>\n","protected":false},"author":24,"featured_media":2831,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"image","meta":{"footnotes":"","_ppma_block_editor_authors":""},"categories":[14],"tags":[613,28,611,166,612,163,162],"ppma_author":[908],"class_list":["entry","author-thiago-soria","has-excerpt","post-2826","post","type-post","status-publish","format-image","has-post-thumbnail","category-exatas-e-da-terra","tag-aquecimento-global","tag-fisica","tag-fotocatalise","tag-geracao-de-energia","tag-nanociencia","tag-nanotecnologia","tag-quimica"],"pp_statuses_selecting_workflow":false,"pp_workflow_action":"current","pp_status_selection":"publish","yoast_head":"\nEstudo da UFRGS muda o paradigma sobre produ\u00e7\u00e3o de energia limpa a partir de fotocatalisadores - 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