Planta faz gerar o hidrogênio verde

Pesquisadores da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) encontraram uma rota de síntese ecologicamente e economicamente viável, baseada em extrato da planta salsa-brava (Ipomoea asarifolia), característica do Semiárido paraibano, para produzir eletrocatalisadores de alto desempenho na geração de hidrogênio verde. A planta é rica em agentes fitoquímicos e com propriedades anti-inflamatórias. Durante três anos, debruçaram-se nas análises dos experimentos, o que resultou num material com alto desempenho para produzir hidrogênio obtido de uma planta, simples e economicamente viável, utilizando recursos naturais de fácil acesso e característicos do Sertão. A planta também é conhecida como salsa ou batata de praia por ser facilmente encontrada nas restingas e em terrenos baldios; logo, é uma matéria-prima abundante.

De acordo com o pesquisador Giovanni Santos, estudos indicam que a dependência de combustíveis fósseis está elevando a temperatura global; em resposta, a ONU criou os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) para promover a sustentabilidade, incluindo a transição para energias limpas. “O hidrogênio [H₂] é uma fonte promissora, mas sua produção sustentável enfrenta desafios, especialmente quando obtida através da eletrólise da água por meio da Reação de Evolução do Oxigênio [REA]; essa exige um gasto energético alto, sendo necessário o uso de eletrocatalisadores eficientes. Catalisadores à base de metais de transição, como óxido de níquel [NiO], possuem vasta abundância e eficiência, eles se apresentam como alternativas aos eletrocatalisadores comerciais à base de óxidos de rutênio [RuO₂] e irídio [IrO₂], que possuem elevado custo”, explicou.

Salsa-brava
Também é conhecida como salsa ou batata de praia por ser facilmente encontrada nas restingas e em terrenos baldios; logo, é uma matéria-prima abundante

Recentemente, métodos sustentáveis de síntese de nanopartículas usando fitoquímicos ganharam notoriedade. Esses processos utilizam compostos naturais para estabilizar nanopartículas, como NiO, que já apresentaram bom desempenho em aplicações eletrocatalíticas e farmacológicas.

Nesse estudo, os pesquisadores utilizaram extratos da planta I. asarifolia para a produção de eletrocatalisadores de alto desempenho para a Reação de Evolução de Oxigênio (OER), essencial na geração de hidrogênio verde, resultando em energia limpa. Nanopartículas de óxido de níquel (NiO) foram sintetizadas em meio aquoso (H) e etanólico (E), em diferentes temperaturas de calcinação (300 °C, 500 °C e 700 °C), resultando em seis amostras que foram utilizadas para produzir eletrocatalisadores, que, conforme os resultados, demonstraram alto desempenho e estabilidade na reação de evolução de oxigênio.

Para quebrar a molécula da água, precisa-se de uma quantidade mínima de energia (1,23 Volts). “Entretanto, na realidade, para que essa reação continue acontecendo de forma eficaz, gastamos mais energia; essa energia extra chamamos de sobreponcial. Nossas amostras apresentam esses sobrepotenciais de 307 e 316 mV, que é considerado excelente”, afirmou Giovani. Com o uso da planta, no fim do processo, foi preciso gastar o mínino de energia extra para que a reação acontecesse de forma eficaz e estável.

Fatores como temperatura de calcinação e tipo de solvente foram avaliados para entender seus impactos na atividade eletrocatalítica, revelando que baixas temperaturas favorecem menores sobrepotenciais, quando as amostras NiO300H e NiO300E apresentaram melhores resultados, com valores em 307 mV e 316 mV (milivolt), respectivamente. “Esses resultados reforçam a previsão de uma metodologia sustentável para o desenvolvimento de eletrocatalisadores eficientes, impulsionando a produção de hidrogênio de forma econômica e ambientalmente responsável”.

Trabalho foi publicado em revista de impacto internacional

A equipe de pesquisadores envolvida no estudo possui ampla experiência em pesquisa de síntese de materiais inorgânicos para aplicações catalíticas, com foco em métodos sustentáveis para a produção de hidrogênio. “Minha pesquisa inclui estudos detalhados dos efeitos de parâmetros como temperatura de calcinação e tipo de solvente na atividade catalítica, particularmente na Reação de Evolução de Oxigênio, crucial para a geração de hidrogênio verde. Para embasar o estudo, utilizei uma série de dados experimentais obtidos em laboratório, incluindo caracterizações espectroscópicas [UV-Vis, FTIR e Raman], que revelam mudanças estruturais e eletrônicas nos materiais”, afirmou Giovani.

Essas evidências sustentam a eficácia da metodologia verde, mostrando que é possível alcançar eletrocatalisadores obtidos e de alto desempenho para a produção de hidrogênio. Esse trabalho já foi publicado em revista de impacto internacional.

Equipe de pesquisadores envolvida no estudo possui ampla experiência em pesquisa de síntese de materiais inorgânicos | Fotos: Divulgação/Fapesq

As folhas da planta foram coletadas na estação seca (setembro a dezembro). Foram lavadas e secas em temperatura ambiente para, posteriormente, seguir na produção dos extratos em meio aquoso e etanólico. Para os extratos aquosos, os pesquisadores usaram 20 g das folhas em 300 ml de água deionizada sob aquecimento durante duas horas e com agitação mecânica; o líquido resultante foi filtrado e armazenado em geladeira. Para os extratos em etanol, seguiram o mesmo procedimento sem uso de aquecimento.

Uma solução diluída (1:10, 250 ml) do extrato aquoso foi preparada utilizando 25 ml do extrato bruto e água deionizada. Em seguida, 30 ml dessa solução diluída foi adicionada a um béquer com 1 g de nitrato de níquel hexahidratado. O sistema foi aquecido a 60 °C sob agitação magnética até a evaporação do solvente. A massa resultante foi calcinada a 300 °C por duas horas em ar atmosférico para gerar as partículas de NiO. Essa amostra foi nomeada de NiO300H. Amostras diferentes foram obtidas alterando a temperatura de calcinação para 500 °C (NiO500H) e 700 °C (NiO700H). As amostras de NiO também foram obtidas seguindo a mesma metodologia, utilizando a solução de extrato etanólico, sendo nomeadas como NiO300E, NiO500E e NiO700E. As amostras seguiram para caracterização e ensaios eletrocatalíticos em meio alcalino, ácido e neutro para verificar seu desempenho na Reação de Evolução de Oxigênio (OER).

“Nesse trabalho, seis eletrocatalisadores de NiO foram sintetizados utilizando solução aquosa ou extratos etanólicos de folhas de Ipomoea asarifolia, estudamos a influência tanto da temperatura quanto do tipo de solvente na atividade eletrocatalítica na OER e concluímos que baixa temperatura de calcinação [amostras NiO300H e NiO300E] leva a sobrepotenciais mais baixos; no entanto, temperaturas mais altas geraram eletrocatalisadores com cinética de reação mais favorável. Investigações em ambientes ácidos e neutros mostraram atividade moderada, quando comparado com materiais semelhantes à base de níquel na literatura. Os diferentes extratos e diferentes temperaturas impactaram não apenas o desempenho eletrocatalítico, mas também a morfologia do material. Assim, a rota de síntese verde com extrato de planta, além de barata e viável, possibilitou a obtenção de eletrocatalisadores estáveis de alto desempenho”.

A pesquisa contou com apoio do Governo do Estado por meio de edital da Fundação de Apoio à Pesquisa da Paraíba (Fapesq) em parceria com a Secretaria de Estado da Ciência, Tecnologia, Inovação e Ensino Superior (Secties).  Participaram da pesquisa Giovani Luiz da Silva, Johnnys da Silva Hortencio, João Pedro Gonçalves de Souza Soares, Annaíres de Almeida Lourenço, Rafael A. Raimundo, Rubens Teixeira de Queiroz, Daniel Araújo Macedo e o prof. Dr. Fausthon Fred da Silva.

*Matéria publicada originalmente na edição impressa do dia 19 de novembro de 2024.