Pesquisadores da Nanyang Technological University (NTU), em Singapura, criaram um dispositivo em forma de folha que usa luz solar para produzir hidrogênio e, ao mesmo tempo, eliminar um poluente industrial extremamente tóxico presente na água do mar. O protótipo funcionou de forma estável por mais de 72 horas e reduziu a concentração do contaminante a um nível 20 vezes abaixo do limite considerado seguro pela agência ambiental dos Estados Unidos.
Como funciona a folha artificial
O dispositivo combina, em uma única peça, uma minicélula solar, um eletrolisador e um sistema de tratamento de água contaminada. A inspiração vem das folhas das plantas, que usam a luz do sol para realizar reações químicas.
Na eletrólise tradicional, a eletricidade separa a água em hidrogênio (no cátodo) e oxigênio (no ânodo), e o oxigênio geralmente é liberado no ar como um subproduto que consome energia sem gerar valor. Os cientistas da NTU substituíram essa etapa por um ânodo especial que, em vez de produzir oxigênio, degrada a hidrazina, um poluente industrial altamente tóxico usado em processos químicos.
Esse ânodo é revestido por um catalisador de ferro, cobalto e cromo que quebra a hidrazina em gás nitrogênio e ainda gera hidrogênio extra por uma reação secundária. Como degradar hidrazina exige menos energia do que produzir oxigênio, o processo todo fica mais eficiente.
O cátodo, por sua vez, é feito de um material chamado perovscita de haleto de chumbo, um semicondutor capaz de transformar luz solar diretamente em eletricidade. Isso permite que a folha artificial funcione sem precisar de nenhuma fonte externa de energia.
Como a perovscita se degrada facilmente em contato com água, a equipe protegeu o material com uma camada de epóxi condutor com partículas de prata e cobre, além de uma folha de titânio revestida com platina, que bloqueia a entrada de água e ainda ajuda na produção de hidrogênio.
Os números do teste
- Produção de hidrogênio de 466 micromoles por centímetro quadrado por hora
- Operação estável por mais de 72 horas seguidas
- Redução da hidrazina de 0,5 molar (cerca de 1,6% em peso) para 0,5 parte por bilhão em aproximadamente 30 horas
- Nível final 20 vezes abaixo do limite de 10 partes por bilhão estabelecido pela EPA dos Estados Unidos
- Densidade de fotocorrente de cerca de 25 miliampères por centímetro quadrado, uma das mais altas já registradas para esse tipo de material
- Versão maior do dispositivo testada com área de fotocátodo de 6,25 centímetros quadrados, ante os 0,56 centímetros quadrados do protótipo original
- Estudo publicado na revista científica Nature Communications
Por que isso importa
Produzir hidrogênio por eletrólise costuma ser um processo caro e que consome muita energia. Tratar água contaminada com hidrazina também é complexo. A folha artificial ataca os dois problemas de uma só vez, usando apenas luz solar.
“Esse dispositivo de dupla função representa um grande avanço para a tecnologia ambiental. Ao aproveitar a energia solar para decompor um poluente industrial tóxico e, ao mesmo tempo, gerar um combustível limpo, estamos resolvendo um problema de energia e um problema de poluição”, afirma a professora Lydia Wong, uma das autoras da pesquisa.
James Durrant, professor de Fotoquímica e Energia Sustentável da Universidade de Oxford, que não participou do estudo, destacou que o avanço está em mostrar um caminho prático para sistemas fotoeletroquímicos multifuncionais, e não apenas em produzir hidrogênio solar.
O projeto é parecido com uma folha artificial criada antes por pesquisadores da Rice University, nos Estados Unidos, mas com uma vantagem extra: a capacidade de remover contaminação da água ao mesmo tempo em que gera combustível.
O que ainda falta
A tecnologia tem uma limitação importante: o ânodo só funciona na presença de hidrazina. Isso significa que o dispositivo não serve para eletrólise comum, apenas para tratar e gerar hidrogênio a partir de água contaminada por esse poluente específico.
Há também a questão do chumbo presente na perovscita, material que se degrada em contato com a água. As camadas protetoras amenizam o problema, mas manter a estabilidade por anos de uso ainda é um desafio.
O sistema está em estágio de prova de conceito. Os pesquisadores dizem que ainda é preciso melhorar a durabilidade de longo prazo, a coleta de hidrogênio e a escala do dispositivo, além de testá-lo em águas residuais reais, com variações de pH e composição química. A equipe também já trabalha em catalisadores capazes de degradar outros poluentes e transformar resíduos em combustíveis e produtos químicos úteis.
Perguntas frequentes
O que é a folha artificial criada em Singapura?
É um dispositivo movido a luz solar que combina célula solar, eletrolisador e tratamento de água em uma única peça, capaz de gerar hidrogênio e eliminar um poluente tóxico ao mesmo tempo.
Como o dispositivo limpa a água e produz hidrogênio ao mesmo tempo?
Um dos eletrodos usa luz solar para quebrar moléculas de hidrazina, um poluente industrial, transformando-o em nitrogênio e gerando hidrogênio extra no processo, enquanto o outro eletrodo também libera hidrogênio.
O dispositivo funciona com qualquer água contaminada?
Não. Ele só funciona na presença de hidrazina, já que o eletrodo depende desse poluente específico para reagir. Por isso, é voltado para água contaminada por esse composto, não para uso geral.
Quando essa tecnologia estará disponível?
Ainda não há previsão. O estudo está em fase de prova de conceito, e os próprios pesquisadores afirmam que são necessários avanços em durabilidade, escala e testes com água real antes de uma aplicação industrial.