O hidrogênio é considerado um combustível quase ideal porque, quando queimado, não emite gases de efeito estufa prejudiciais como o CO2 - apenas vapor de água. A era do combustível limpo, entretanto, ainda não chegou - é muito caro produzir hidrogênio. Um dos motivos é que o processo utiliza catalisadores de metais nobres.
Cientistas da Tomsk Polytechnic University (TPU) encontraram uma alternativa mais acessível aos metais do grupo da platina e desenvolveram uma tecnologia para a produção de um material promissor - carboneto de tungstênio cúbico. Como a descoberta de pesquisadores russos vai aproximar o uso generalizado de hidrogênio combustível - sob o corte.
Por que hidrogênio?
A demanda por hidrogênio é crescente e o volume de seu uso dobra a cada 15 anos. Este elemento químico é amplamente utilizado na indústria do petróleo.
Além disso, o hidrogênio desempenha um papel fundamental na chamada descarbonização da economia, o que significa evitar o uso de hidrocarbonetos. Como combustível, é uma das alternativas mais inofensivas. Pelas estimativas da BloombergNEF (BNEF), o chamado hidrogênio "verde" obtido por eletrólise pode reduzir a emissão global de gases de efeito estufa para 34% no ano 2050.
Hoje, o volume do mercado de hidrogênio combustível é estimado em US $ 700 bilhões. Em todos os documentos estratégicos da União Européia, adotados recentemente, o hidrogênio é denominado o principal motor de crescimento para superar a crise econômica provocada pela COVID-19.
Dificuldades de produção
O hidrogênio praticamente não é encontrado na Terra em sua forma pura, o elemento é extraído de outros compostos como resultado de reações químicas. Via de regra, trata-se de uma produção economicamente pouco rentável ou de difícil colocação em trilhos industriais. Os cientistas estão estudando várias maneiras de tornar a produção de hidrogênio mais barata e fácil. Afinal, isso afeta diretamente a rapidez com que o mundo pode mudar para combustíveis mais verdes.
especialistas BNEF prever que, mesmo antes de 2030 hidrogênio "verde" vai custar pouco mais de US $ 2 / kg e vai começar a competir com o carvão e gás natural na indústria, por exemplo, na produção de aço. E em 2050, o elemento químico será capaz de competir em preço com o carvão mais barato, embora não produza um único grama de CO2.
As perspectivas são boas. Por exemplo, há um ano, a petrolífera alemã Shell começou a construir uma das maiores usinas de produção de hidrogênio por eletrólise. A previsão é que comece a operar no final do ano e terá capacidade para produzir até 1.300 toneladas de hidrogênio por ano.
Catalisador mais barato
Normalmente, a eletrólise de hidrogênio usa catalisadores feitos de metais do grupo da platina - platina, irídio, rutênio e seus derivados. Todos eles são classificados como metais preciosos e são muito caros.
Um análogo mais barato é o carboneto de tungstênio cúbico. As condições para a sua produção não são simples: a síntese requer uma temperatura de 3000 ° C e um arrefecimento muito rápido. Mas os cientistas da Tomsk Polytechnic University conseguiram desenvolver um dispositivo que permite a produção desse material com um alto percentual de pureza (até 95%).
Instalação da fonte - acelerador de magnetoplasma coaxial. Ele atinge altas temperaturas e resfriamento ultrarrápido com a ajuda de jatos de plasma. Sua velocidade é superior a 3 km / s, e a reação em si leva menos de 1 ms. Pós disponíveis e relativamente baratos de tungstênio e negro de fumo são colocados no acelerador. Na câmara de trabalho do dispositivo, os pós iniciais são transformados em carboneto de tungstênio cúbico durante a reação química do plasma. Os cientistas descreveram os resultados dos experimentos na revista científica Journal of Alloys and Compounds .
“As nanopartículas de carboneto de tungstênio cúbico obtidas durante a reação são utilizadas com sucesso na reação de obtenção de hidrogênio da água. Isso permitirá minimizar o uso de metais preciosos raros e caros do grupo da platina ”, diz Ivan Shanenkov, professor associado do Departamento de Eletricidade e Engenharia Elétrica da TPU .
Qual é o próximo
Cientistas da TPU confirmaram a natureza promissora do material junto com pesquisadores chineses da Universidade Jilin e da Universidade Qingdao. No futuro, os cientistas planejam aumentar a atividade catalítica do material e abandonar completamente o uso de metais nobres caros na eletrocatálise do hidrogênio da água.
