Os pesquisadores descobriram que o manganês, um metal abundante e de baixo custo, pode converter eficazmente o dióxido de carbono em formiato, uma potencial fonte de hidrogênio para células de combustível. A chave foi um engenhoso redesenho que permite que o catalisador funcione muito mais tempo que outros materiais de baixo custo similares. Surpreendentemente, o catalisador de manganês melhorado supera até muitos catalisadores baseados em metais preciosos. Esta descoberta poderia permitir transformar os gases de efeito estufa em ingredientes para energia limpa.
Nova pesquisa
Os cientistas encontraram um método de baixo custo para converter dióxido de carbono em um valioso precursor de energia limpa utilizando manganês, um elemento comum.
Um novo estudo de cientistas das universidades de Yale e Missouri mostra que os catalisadores baseados em manganês podem converter de maneira eficiente o dióxido de carbono em formiato. O manganês é abundante e barato, o que o torna um substituto ideal dos metais caros. O formiato é considerado um material promissor para o armazenamento de hidrogênio e poderia alimentar a próxima geração de células de combustível. A pesquisa foi publicada na revista Chem.
Por que as células de combustível de hidrogênio são importantes
As células de combustível de hidrogênio funcionam de maneira semelhante às baterias, convertendo a energia química do hidrogênio em eletricidade. Embora esta tecnologia seja promissora para a energia limpa, sua adoção generalizada é limitada pela dificuldade e pelo alto custo de produzir e armazenar hidrogênio de maneira eficiente.
“A utilização do CO₂ é agora uma prioridade, já que buscamos matérias-primas químicas renováveis para substituir as derivadas dos combustíveis fósseis“, disse Hazari, professor de química John Randolph Hoffman e diretor do departamento de química da Faculdade de Artes e Ciências de Yale (FAS).
O formiato como portador de hidrogênio
O ácido fórmico, a forma protonada do formiato, é atualmente produzido em escala industrial. É comumente utilizado como conservante, agente antibacteriano e curtente para couro. Muitos cientistas acreditam que, se pudesse ser produzido de maneira sustentável e eficiente, o ácido fórmico também poderia servir como uma fonte prática de hidrogênio para células de combustível.
Atualmente, a maior parte da produção industrial de formiato depende de combustíveis fósseis, o que limita seus benefícios ambientais a longo prazo. Os pesquisadores afirmam que uma alternativa mais limpa seria produzir formiato diretamente a partir do dióxido de carbono do ar. Esta abordagem reduziria as emissões de gases de efeito estufa e geraria produtos químicos úteis.
O desafio dos catalisadores
Converter o dióxido de carbono em formiato requer um catalisador, o que tem sido um obstáculo importante. Muitos dos catalisadores mais eficazes desenvolvidos até agora dependem de metais preciosos, que são caros, escassos e frequentemente tóxicos. Os metais mais abundantes tendem a se decompor, o que reduz sua capacidade de catalisar a reação química.
Como o manganês superou as expectativas
A equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia para superar este problema. Ao redesenhar a estrutura do catalisador, conseguiram aumentar significativamente a vida útil dos catalisadores baseados em manganês. Como resultado, estes catalisadores superaram em desempenho a maioria dos catalisadores de metais preciosos.
Os pesquisadores dizem que a melhoria chave foi a adição de um átomo doador extra no design do ligante (os ligantes são átomos ou moléculas que se ligam ao átomo metálico e influenciam sua reatividade). Esta mudança ajuda a estabilizar o catalisador e manter sua eficácia.
