Meio Ambiente

Novos materiais podem transformar a água em combustível do futuro

Os pesquisadores do Caltech e do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) – em apenas dois anos – quase duplicaram o número de materiais conhecidos por terem potencial para uso em combustíveis solares.

Eles o fizeram desenvolvendo um processo que promete acelerar a descoberta de combustíveis solares comercialmente viáveis ​​que poderiam substituir carvão, petróleo e outros combustíveis fósseis.

Os combustíveis solares, um sonho de pesquisa de energia limpa, são criados usando apenas luz solar, água e dióxido de carbono (CO 2 ). Os pesquisadores estão explorando uma gama de combustíveis alvo, de gás hidrogênio a hidrocarbonetos líquidos, ea produção de qualquer um desses combustíveis envolve a divisão de água.

Cada molécula de água é composta por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Os átomos de hidrogênio são extraídos e podem ser reunidos para criar gás de hidrogênio altamente inflamável ou combinado com CO 2 para criar combustíveis de hidrocarbonetos, criando uma fonte de energia abundante e renovável. O problema, no entanto, é que as moléculas de água não simplesmente quebrar quando a luz solar brilha sobre eles – se o fizeram, os oceanos não cobriria a maior parte do planeta. Eles precisam de uma pequena ajuda de um catalisador alimentado por energia solar.

Para criar combustíveis solares práticos, os cientistas têm tentado desenvolver materiais de baixo custo e eficientes, conhecidos como fotoanóides, que são capazes de dividir a água usando a luz visível como fonte de energia. Nas últimas quatro décadas, os pesquisadores identificaram apenas 16 desses materiais fotoanodados. Agora, usando um novo método de alto rendimento de identificação de novos materiais, uma equipe de pesquisadores liderados por John Gregoire da Caltech e Jeffrey Neaton e Qimin Yan da Berkeley Lab encontraram 12 novos e promissores fotoanóides.

Um artigo sobre o método eo novo photoanodes aparece na semana de 6 de março na edição on-line do Proceedings da Academia Nacional de Ciências . O novo método foi desenvolvido através de uma parceria entre o Centro Conjunto de Fotossíntese Artificial (JCAP) da Caltech e o Projeto de Materiais do Laboratório de Berkeley, utilizando recursos da Fundição Molecular e do Centro de Computação Científica da Pesquisa Nacional de Energia (NERSC).

“Esta integração da teoria e da experiência é um modelo para a realização de pesquisas em um mundo cada vez mais interdisciplinar”, diz Gregoire, coordenadora de empenho JCAP para Photoelectrocatalysis e líder do grupo de Experimentação de Alto Rendimento. “É emocionante encontrar 12 novos fotoanóides potenciais para fazer combustíveis solares, mas ainda mais para ter um pipeline de descoberta de novos materiais em andamento”.

“O que é particularmente significativo neste estudo, que combina experiência e teoria, é que, além de identificar vários novos compostos para aplicações de combustível solar, também fomos capazes de aprender algo novo sobre a estrutura eletrônica subjacente dos materiais em si”, diz Neaton , O diretor da Fundição Molecular.

Os processos anteriores de descoberta de materiais baseavam-se em testes pesados ​​de compostos individuais para avaliar seu potencial para uso em aplicações específicas. No novo processo, Gregoire e seus colegas combinaram abordagens computacionais e experimentais, primeiro explorando uma base de dados de materiais para compostos potencialmente úteis, testando-o com base nas propriedades dos materiais e testando rapidamente os candidatos mais promissores usando experimentação de alto rendimento.

No trabalho descrito no papel PNAS , eles exploraram 174 vanadatos metálicos – compostos contendo os elementos vanádio e oxigênio, juntamente com um outro elemento da tabela periódica.

A pesquisa, diz Gregoire, revela como diferentes escolhas para este terceiro elemento podem produzir materiais com propriedades diferentes, e revela como “ajustar” essas propriedades para fazer um foto-ânodo melhor.

“O principal avanço feito pela equipe foi combinar as melhores capacidades habilitadas pela teoria e supercomputadores com novas experiências de alto rendimento para gerar conhecimento científico a um ritmo sem precedentes”, diz Gregoire.

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Vagner Liberato

Meu nome é Vagner Liberato, sou carioca e vivo no Rio de Janeiro. Formei-me em Administração de Empresas e sou um apaixonado por conteúdo sustentável. Desde 2015 faço o Jornal Sustentabilidade com maior prazer! Para falar comigo, entre em contato pelo email: contato@meioambienterio.com

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