Batido recorde de eficiência na produção de hidrogênio com luz solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2023

O fotorreator (esquerda) e a célula fotoeletroquímica propriamente dita (direita), feita com um semicondutor de baixo custo.
[Imagem: Gustavo Raskoksy/Rice University]

Fotorreator

Um novo reator acionado por energia solar bateu o recorde na produção de hidrogênio solar, alcançando 20,8% de eficiência.

A geração de hidrogênio por energia solar é tida como a alternativa verde por excelência para a produção de um combustível limpo, já que a combustão do hidrogênio gera apenas água como subproduto.

O rendimento inédito foi alcançado por um fotorreator integrado, que usa uma barreira anticorrosiva para isolar o semicondutor (a parte que capta a energia solar) da água (a fonte de hidrogênio) sem impedir a transferência de elétrons.

O fotorreator integrado é conhecido como célula fotoeletroquímica porque a absorção de luz, sua conversão em eletricidade e o uso da eletricidade para alimentar uma reação química ocorrem no mesmo dispositivo.

Até agora, o uso da tecnologia fotoeletroquímica para produzir hidrogênio verde era dificultado pela baixa eficiência e pelo alto custo dos semicondutores utilizados.

"Todos os dispositivos desse tipo produzem hidrogênio verde usando apenas luz solar e água, mas o nosso é excepcional porque tem eficiência recorde e usa um semicondutor muito barato," disse Austin Fehr, da Universidade Rice, nos EUA.

Esquema do fotorreator.
[Imagem: Austin Fehr et al. - 10.1038/s41467-023-39290-y]

Perovskita

O semicondutor de baixo custo usado pela equipe pertence à família das já conhecidas perovskitas, que vêm revolucionando o campo tanto das células solares (captação de luz) quanto dos LEDs (emissão de luz).

O desafio que eles tiveram que superar foi que as perovskitas haletos são extremamente instáveis em água, e os revestimentos usados para isolar os semicondutores acabam inibindo a passagem dos elétrons ou, ainda pior, danificando as próprias células solares.

"Nossa principal percepção foi que você precisava de duas camadas para a barreira, uma para bloquear a água e outra para fazer um bom contato elétrico entre as camadas de perovskita e a camada protetora," disse Fehr. "Nossos resultados são a maior eficiência para células fotoeletroquímicas sem concentração solar e o melhor resultado de todas dentre aquelas que usam semicondutores de perovskita haleto."

O trabalho da equipe agora se concentrará na construção de protótipos em maior escala e na melhoria da durabilidade do fotorreator, para que ele possa alcançar parâmetros adequados para aplicações práticas.

Esta nova tecnologia é um passo significativo para a energia limpa e pode servir como uma plataforma para uma ampla gama de reações químicas que usam eletricidade coletada pela energia solar, como as necessárias para converter matérias-primas em combustíveis.

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