Hidrogénio limpo em minutos: microondas fornecem energia limpa mais rapidamente

A energia de microondas permite substituir 75% da energia térmica necessária para a reação, um avanço para a produção sustentável de hidrogénio.

Uma equipa interdisciplinar da POSTECH, liderada pelo professor Gunsu S. Yun, pelo doutorado Jaemin Yoo (Departamento de Física, Divisão de Engenharia Nuclear Avançada), pelo professor Hyungyu Jin e pelo doutorado Dongkyu Lee (Departamento de Engenharia Mecânica), desenvolveu uma tecnologia inovadora que aborda as principais limitações na produção limpa de hidrogénio utilizando microondas. Conseguiram também elucidar com êxito o mecanismo subjacente a este processo inovador. As suas descobertas, publicadas na capa do Journal of Materials Chemistry A, marcam um passo transformador na procura de energia sustentável.

À medida que o mundo se afasta dos combustíveis fósseis, o hidrogénio limpo surge como um dos principais candidatos à energia da próxima geração devido às suas emissões zero de carbono. No entanto, as tecnologias de produção de hidrogénio existentes enfrentam obstáculos significativos. Os métodos termoquímicos convencionais, que se baseiam na oxidação-redução de óxidos metálicos, requerem temperaturas extremamente elevadas, até 1.500°C. Estes métodos não são apenas intensivos em energia e dispendiosos, mas também difíceis de escalar, limitando a sua aplicação prática.

Para enfrentar estes desafios, a equipa da POSTECH recorreu a uma fonte de energia conhecida, mas subutilizada: a energia das “microondas ”¹, a mesma fonte utilizada nos fornos de microondas domésticos. Embora as microondas sejam normalmente associadas ao aquecimento de alimentos, também podem conduzir reações químicas de forma eficiente. Os investigadores demonstraram que a energia de microondas pode baixar a temperatura de redução da céria dopada com Gd (CeO₂) – um material de referência para a produção de hidrogénio – para menos de 600 ℃, reduzindo o requisito de temperatura em mais de 60 por cento. Notavelmente, a energia de microondas permite substituir 75% da energia térmica necessária para a reação, um avanço para a produção sustentável de hidrogénio.

Outro avanço fundamental reside na criação de “vagas de oxigénio ”², que são defeitos na estrutura do material essenciais para a separação da água em hidrogénio. Os métodos convencionais levam muitas vezes horas a temperaturas extremamente elevadas para formar estas vacâncias. A equipa da POSTECH obteve os mesmos resultados em apenas alguns minutos a temperaturas inferiores a 600°C, tirando partido da tecnologia de microondas. Este processo rápido foi ainda validado com um modelo termodinâmico, que forneceu informações valiosas sobre o mecanismo subjacente à reação conduzida por microondas.

Para Hyungyu Jin “esta investigação tem o potencial de revolucionar a viabilidade comercial das tecnologias de produção termoquímica de hidrogénio. Também abrirá o caminho para o desenvolvimento de novos materiais otimizados para processos químicos movidos a microondas”. O professor Gunsu Yun acrescentou: “a introdução de um novo mecanismo alimentado por microondas e a superação das limitações dos processos existentes são grandes conquistas, possíveis graças à estreita colaboração interdisciplinar da nossa equipa de investigação.”

Este estudo foi apoiado pelo Programa de Ciência e Tecnologia Inovadoras da Circle Foundation, pelo Programa de Investigadores de Carreira Intermédia do Ministério da Ciência e TIC, pelo Instituto de Investigação Científica Básica da POSTECH e pelo Ministério do Comércio, Indústria e Energia.