Novo material renova esperanças de carros a hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/06/2019

O material permite armazenar até quatro vezes mais hidrogênio no mesmo tanque, sem precisar de resfriamento. [Imagem: Kubagen/Divulgação]

Carros a hidrogênio

Se o hidrogênio gera eletricidade sem emitir poluentes, por que não temos carros a hidrogênio, em vez de carros a baterias de lítio, que custam mais e oferecem menor autonomia?

São dois os problemas principais: as células a combustível de hidrogênio ainda exigem temperaturas muito altas para funcionar e, mesmo quando isso for resolvido, levar hidrogênio em um tanque é tão problemático que o tanque poderia pesar mais do que o próprio carro - a molécula H2 é pequena demais e passa por paredes grossas que não deixariam vazar nenhum outro material.

Assim, não é à toa que o trabalho de Leah Morris, da Universidade de Nova Gales do Sul, no Reino Unido, está sendo saudado como um marco na viabilização dos carros a hidrogênio - ele criou um material que enfrenta os dois problemas.

Ligação de Kubas

Morris usou manganês para construir um material nanoporoso, uma espécie de filtro muito fino, que funciona em nível molecular e que pode ser usado no interior de um tanque, criando uma solução híbrida entre o armazenamento de hidrogênio sob pressão e o armazenamento do gás em materiais sólidos.

O material tira proveito de um processo químico chamado ligação de Kubas, ou ligação sigma, um processo que permite o armazenamento de hidrogênio pelo distanciamento dos átomos dentro de uma molécula H2. Isso elimina a necessidade de dividir e refazer as ligações entre os átomos, processos que exigem altas energias e extremos de temperatura e precisam de equipamentos complexos. E tudo funciona a temperatura ambiente.

O material KMH-1 (hidreto de manganês de Kubas 1) também absorve e armazena qualquer excesso de energia para que o calor externo e o resfriamento não sejam necessários. Isso é crucial porque significa que os equipamentos de resfriamento e aquecimento não precisarão ser usados em veículos, resultando em sistemas mais eficientes, menores e mais leves do que os projetos atuais.

Outra inovação recente na área criou um híbrido de célula a combustível e bateria que gera eletricidade e hidrogênio. [Imagem: UNIST]

Veículos e aplicações estacionárias

O material nanoporoso funciona absorvendo hidrogênio a cerca de 120 atmosferas de pressão, o que é menos do que um tanque de mergulho típico. Ao abrir da torneira, ela libera hidrogênio diretamente na célula de combustível.

Os testes feitos pela equipe mostram que o material permite o armazenamento de quatro vezes mais hidrogênio no mesmo volume do que as tecnologias existentes de tanques de hidrogênio. Isso é substancial para os fabricantes de automóveis, dando maior flexibilidade ao projeto dos veículos e uma autonomia até quatro vezes maior.

Embora os veículos, incluindo carros e veículos pesados, sejam a aplicação mais óbvia da tecnologia, os pesquisadores acreditam que existem muitas outras aplicações para o KMH-1.

"Esse material também pode ser usado em dispositivos portáteis, como drones ou carregadores de celular, para que as pessoas possam fazer uma semana de acampamento sem precisar recarregar seus aparelhos," propõe o professor David Antonelli. "A vantagem real que isso traz é em situações em que você espera ficar fora da rede [de energia] por longos períodos de tempo, como viagens de caminhões, drones e robótica. Também pode ser usado para abastecer [de eletricidade] uma casa ou vila remota usando uma célula de combustível."

A equipe já criou uma startup, a Kubagen, para comercializar a tecnologia.

• Encher o tanque de hidrogênio pode ser complicado

Bibliografia:

A Manganese Hydride Molecular Sieve for Practical Hydrogen
Leah Morris, James J. Hales, Michel L. Trudeau, Peter Georgiev, Jan Peter Embs, Juergen Eckert, Nikolas Kaltsoyannis, David M. Antonelli
Energy and Environmental Science
DOI: 10.1039/C8EE02499E