Pesquisa do Ipen reduz custos e dispensa metais nobres

Informações da Agência FAPESP indicam que um estudo coordenado por pesquisadores do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) mostra que o controle do processamento de um catalisador cerâmico do tipo perovskita amplia de forma relevante a conversão de etanol em hidrogênio, aumenta a estabilidade do sistema e reduz custos ao eliminar a necessidade de metais nobres.

O trabalho, liderado por Fabio Coral Fonseca, foi publicado no International Journal of Hydrogen Energy e trata da produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do etanol, rota considerada estratégica no Brasil diante da infraestrutura consolidada de produção e distribuição do biocombustível.

Processamento define desempenho do catalisador

A reforma a vapor do etanol consiste na reação do combustível com vapor de água em alta temperatura, gerando hidrogênio e dióxido de carbono. Embora a reação global indique elevado potencial de geração de H₂, o processo envolve etapas intermediárias que podem reduzir o rendimento e favorecer a formação de coque, responsável pela degradação do material catalítico.

Segundo Fonseca, em entrevista à Agência FAPESP, a catálise é determinada pelas propriedades de superfície do material. O desafio é obter partículas pequenas, bem distribuídas e estáveis mesmo sob altas temperaturas, que tendem a provocar aglomeração e perda de atividade.

O diferencial do estudo foi incorporar o níquel à estrutura cristalina da perovskita durante a síntese, em vez de impregná-lo posteriormente na superfície. Sob condições controladas, o metal emerge do interior do sólido na forma de nanopartículas fortemente ancoradas ao substrato, fenômeno conhecido como “exsolução”. De acordo com o pesquisador, esse mecanismo confere maior estabilidade e reduz a mobilidade do metal na superfície.

Os testes mostraram que a temperatura de calcinação do óxido precursor é determinante para o desempenho do catalisador. Materiais calcinados a 650 °C preservaram maior área superficial e favoreceram a “exsolução” do níquel, enquanto temperaturas de 800 °C e 1.200 °C resultaram em crescimento excessivo das partículas cerâmicas e menor eficiência.

Resultados e aplicações na transição energética

Nos experimentos de reforma a vapor do etanol, o catalisador tratado a 650 °C atingiu 100% de conversão do etanol, rendimento de 4,04 mols de hidrogênio por mol de etanol e estabilidade operacional por até 85 horas, com baixa formação de carbono. Já os materiais submetidos a temperaturas mais elevadas apresentaram menor conversão e seletividade reduzida para produção de hidrogênio.

Ainda conforme a Agência FAPESP, o grupo também investiga aplicações em células a combustível de etanol direto, nas quais as perovskitas podem desempenhar papel relevante. A pesquisa integra um programa mais amplo voltado a dispositivos eletroquímicos avançados de conversão de moléculas e produção de energia, com apoio da FAPESP.

Ao demonstrar que metais abundantes e de menor custo podem alcançar desempenho elevado por meio de ajustes no processamento, o estudo reforça o potencial da rota etanol hidrogênio no contexto da transição energética e da busca por soluções de baixo carbono no Brasil.