Células solares de perovskita produzem hidrogênio a partir da água

Eletrodos de conversão da água em hidrogênio e oxigênio. Foto: EPFL / LPI / Alain Herzog
Eletrodos de conversão da água em hidrogênio e oxigênio. Foto: EPFL / LPI / Alain Herzog

Pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) desenvolveram um novo e eficiente processo de separação da água em hidrogênio e oxigênio a partir da energia solar. O método utiliza células fotovoltaicas de perovskita — mineral cuja eficiência na absorção da luz vem sido testada intensamente desde 2009 —, que podem representar uma redução de custo se comparadas às atuais células de silício.

A busca por fontes renováveis de energia têm levado a grandes investimentos em painéis de captação de energia solar. No entanto, apesar de limpo e abundante, este tipo de energia possui um problema: a energia capturada precisa ser armazenada (quando anoitece) e transportada conforme a demanda das residências, indústrias e escritórios. O armazenamento da energia no hidrogênio e posterior aproveitamento do mesmo (em motores que o queimem, gerando novas moléculas de água, ou em células de combustível que produzam eletricidade) é o conceito que originou a pesquisa de Jingshan Luo e seus colegas do ETH.

A eletricidade gerada pelas células fotovoltaicas de perovskita quebra as moléculas de água em hidrogênio (esq.) e oxigênio (dir.). Crédito: Science/AAAS
A eletricidade gerada pelas células fotovoltaicas de perovskita quebra as moléculas de água em hidrogênio (esq.) e oxigênio (dir.). Crédito: Science/AAAS

O novo trabalho consistiu no uso da luz solar para a eletrólise, indução de uma corrente elétrica que, no caso estudado, provoca a divisão da água em hidrogênio e oxigênio. No entanto, a equipe não empregou células fotovoltaicas de silício, que hoje formam a base do fornecimento comercial e residencial de energia solar transformada em eletricidade, pois a diferença de potencial, ou voltagem, gerada entre duas células de silício convencionais se limita a 0,75 volts, de maneira que seriam necessárias quatro dessas células conectadas para que o sistema obtenha energia suficiente para a quebra da molécula de água.

Pensando na redução de custos, os cientistas utilizaram células de perovskita, de maior eficiência e menor custo de produção. A voltagem gerada por duas dessas células ultrapassa 1V, o que significa que apenas duas delas conectadas produzem eletricidade suficiente para a eletrólise da água, reportam os autores do estudo publicado na Science. Além disso, camadas porosas de hidróxido de níquel com a adição de ferro (materiais baratos) foram postas nos eletrodos para catalisar a reação que produz moléculas de hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) (vide imagem ao lado).

Entretanto, o uso das células solares de perovskita ainda possui um empecilho, qual seja o de sua estabilidade: as células se deterioram após poucas horas de captação de energia, sendo bem menos duráveis em relação às de silício, e os pesquisadores esperam que os avanços na tecnologia resolvam este problema.

Os próprios cientistas do ETH já aumentaram a durabilidade das células de perovskita para mais de um mês apenas adicionando a elas uma camada de carbono. Mesmo assim, muito trabalho ainda é necessário para que a tecnologia atinja escala comercial.

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é graduado em Ciências Econômicas pela Universidade Estadual Paulista (Unesp) e trabalha como consultor financeiro na Valore Brasil - Controladoria de Resultados. Atualmente, cursa o MBA em Controladoria e Finanças na Universidade de São Paulo (USP). Entusiasta da razão e da ciência, fundou o espaço de divulgação científica Make It Clear Brasil, em 2013.

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