A nanoferrugem em malha. Nanotecnologia verde para produzir hidrogênio.

A água pode ser uma moeda de conversão energética importante nos próximos anos. Basicamente, a idéia é que a água, uma reserva gigantesca de hidrogênio e alinhada com a noção de tecnologia verde, seja utilizada como conversor de energia em motores de carros ou de outras máquinas. A lógica de tudo é resumida na reação mostrada abaixo.

A reação de hidrólise (seta da esquerda para a direita) produz hidrogênio e oxigênio. Estes dois elementos são extremamente reativos entre si e, quando reagem, produzem água e uma grande quantidade de energia. Essa energia pode ser utilizada facilmente para gerar trabalho. O problema é produzir, de maneira limpa, a energia para lisar a água.

A hidrólise da água gera oxigênio e hidrogênio, numa reação que consome energia. O hidrogênio obtido da água pode então reagir com o oxigênio, gerando energia que pode ser utilizada para realizar trabalho e, advinha: água! Veja a figura abaixo. Mas não se engane, não teremos carros movidos a água. Você não poderá fazer da torneira da sua casa um substituto das atuais bombas de combustível. A água servirá tão somente como fonte de hidrogênio. Uma fonte que libera o hidrogênio a um determinado custo energético. De onde virá a energia para liberar o hidrogênio? Aí é que mora o "pulo-do-gato".

Um exemplo de célula geradora de hidrogênio. Repare que, neste caso, a energia solar é utilizada para lisar a água e produzir hidrogênio. Como isso acontece? A nanotecnologia está na abrindo portas para que isto seja viável em larga escala.

A eletrólise da água pode ser usada para obter hidrogênio. Neste tipo de reação é utilizada energia elétrica, a qual pode ser obtida de diversas formas, conhecidas nossas de longo tempo. Mas, pensando em tecnologia verde, a energia utilizada pela célula de geração de hidrogênio deve ser proveniente de uma fonte não poluente, tal como a radiação solar direta. - Minuto da discórdia: analisando-se as nossas fontes de energia, vemos que, no final das contas, a maioria delas depende da energia solar. Pare para pensar nisso. Pense também nas exceções.

É possível gerar energia elétrica a partir de radiação solar por alguns métodos, mas o que mais interessa atualmente em células altamente eficientes de produção de hidrogênio é o efeito fotoelétrico em materiais semicondutores. Basicamente, é gerada corrente elétrica a partir de radiação luminosa, que pode vir do sol, corrente essa que é utilizada para lisar a água.

Neste sentido, recentemente, nanotecnólogos estadunidenses deram um passo importante para a produção de células baratas e de alta eficiência. Eles produziram nanofios semicondutores capazes de aproveitar a luz solar para gerar corrente elétrica. Os nanofios são compostos de dissiliceto de titânio recoberto com óxido de ferro na forma de hematita. Basicamente, nanofios de ferrugem! Esse material, extremamente barato em comparação aos principais concorrentes (tungstênio, óxidos de titânio), possui uma alta capacidade de produzir hidrogênio a partir da água quando exposto à luz solar. Esses nanofios são dispostos na forma de uma complexa rede 3D, na qual a superfície de contato entre estes e a água é enorme, tornando alta a eficiência de produção de hidrogênio. Além disso, a disposição dos nanofios sob a forma de rede permite a captação mais eficiente de energia solar. O artigo relatando a pesquisa pode ser acessado em http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja110741z. A figura abaixo mostra os nanofios e sua disposição. 

Nanofios recobertos com óxido de ferro dispostos em rede.

Fonte: Wang et al., J Am Chem Soc (2011) 133, 2398; doi:10.1021/ja110741z