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Pesquisa testa o uso de nióbio como catalisador em célula a combustível

Publicado em 09 dezembro 2019

Por José Tadeu Arantes | Agência FAPESP

O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio, concentrando aproximadamente 98% das reservas ativas do planeta. Utilizado na composição de ligas metálicas, principalmente de aço de alta resistência, esse elemento químico tem um espectro de aplicações tecnológicas quase ilimitado, que vai de telefones celulares a turbinas de aviões. Mas praticamente toda a produção brasileira é destinada à exportação, na forma de commodity.

Outra substância de que o país dispõe em grande quantidade, mas pouco usa, é o glicerol, um subproduto de reações de saponificação de óleos ou gorduras na indústria de sabões e detergentes ou de reações de transesterificação na indústria de biodiesel. Neste caso, a situação é até pior, porque o glicerol é, muitas vezes, tratado como rejeito, de difícil descarte.

Um estudo realizado na Universidade Federal do ABC (UFABC) juntou o nióbio e o glicerol em uma solução tecnológica promissora: a produção de células a combustível. A pesquisa foi publicada como matéria de capa pela revista ChemElectroChem: Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells.

“Em princípio, a célula funcionará como uma pilha, alimentada por glicerol, para recarregar pequenos dispositivos eletrônicos, como telefones celulares ou laptops, podendo ser usada em regiões onde não há linha de transmissão elétrica. Depois, a tecnologia poderá ser adaptada para fornecer energia elétrica a automóveis e até a pequenas residências. Não há limites para aplicações no longo prazo”, disse à Agência FAPESP o químico Felipe de Moura Souza, primeiro autor do artigo. Souza é tem bolsa da FAPESP na modalidade Doutorado Direto.

A célula converte em energia elétrica a energia química da reação de oxidação do glicerol [C3H8O3] no ânodo e de redução do oxigênio [O2] do ar no cátodo, resultando, na operação completa, gás carbônico e água [veja, na figura, a representação esquemática do processo]. A reação total é C3H8O3 (líquido) + 7/2 O2 (gasoso) ? 3 CO2 (gasoso) + 4 H2O (líquido).

“O nióbio [Nb] entra no processo como um cocatalisador, coadjuvando a ação do paládio [Pd], utilizado como ânodo na célula a combustível. A adição do nióbio possibilita reduzir pela metade a quantidade de paládio, barateando o custo da célula. Ao mesmo tempo, aumenta expressivamente sua potência. Mas sua principal contribuição é diminuir o envenenamento eletrocatalítico do paládio, resultante da oxidação de intermediários fortemente adsorvidos como o monóxido de carbono, no funcionamento de longa duração da célula”, explicou Mauro Coelho dos Santos, professor da UFABC, orientador do doutorado direto de Souza e coordenador do estudo em pauta.

Do ponto de vista ambiental, que mais do que nunca deve ser um critério determinante nas escolhas tecnológicas, a célula a combustível alimentada por glicerol é considerada uma solução virtuosa, por poder substituir motores a combustão baseados em combustível fósseis.

Além de Souza e Santos, o estudo teve a participação de Paula Böhnstedt, apoiada pela FAPESP com bolsa de iniciação científica, de Victor dos Santos Pinheiro, apoiado pela FAPESP com bolsa de doutorado , de Edson Carvalho da Paz, de Luanna Silveira Parreira, apoiada pela FAPESP com bolsa de pós-doutorado e de Bruno Lemos Batista, apoiado pela FAPESP com Auxílio a Jovens Pesquisadores.

O artigo Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells pode ser acessado em https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/celc.201901254. Agência Fapesp