Material cerâmico, energia solar e combustível veicular

Material cerâmico converte energia solar em combustível veicular

Reator solar abastecido com óxido de cério acrescido de zircônio utiliza o calor para produzir hidrogênio ou monóxido de carbono.

Sossina Haile, do Caltech, desenvolve reator solar abastecido com óxido de cério acrescido de zircônio, que utiliza o calor para produzir hidrogênio ou monóxido de carbono (foto: California Institute of Technology)

Converter energia solar em combustível que pode ser estocado e disponibilizado para o abastecimento de veículos já é realidade, pelo menos em laboratório. O experimento, realizado por Sossina Haile, do California Institute of Technology (Caltech), nos Estados Unidos, abre uma nova via para a produção sustentável de energia – um dos maiores desafios da atualidade.

Professora de Ciência dos Materiais e Engenharia Química no Caltech, Haile apresentou o relato de seu experimento na sessão inaugural da 6th International Conference on Electroceramics (6ª Conferência Internacional em Eletrocerâmica), realizada de 9 a 13 de novembro de 2013 em João Pessoa, na Paraíba.

Promovido pela Sociedade Brasileira de Pesquisa de Materiais, com o apoio da FAPESP, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), o evento foi coordenado por Reginaldo Muccillo, pesquisador do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), José Arana Varela, professor titular da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, e diretor-presidente do Conselho Técnico-Administrativo da FAPESP, e José Antônio Eiras, professor associado da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

“Para realizar a conversão de energia, utilizamos um material cerâmico, o óxido de cério (CeO₂)”, disse Haile à Agência FAPESP, nos bastidores da conferência. “Aquecido a altas temperaturas, ele libera oxigênio (O₂), sem perder sua estrutura. Isso é pura termodinâmica: manutenção do estado de equilíbrio. Resfriado, volta a absorver oxigênio. Se o resfriamento ocorrer em presença de vapor de água (H₂O) ou gás carbônico (CO₂), o oxigênio será retirado das moléculas de uma ou outra dessas substâncias, e a reoxidação resultará na liberação de hidrogênio (H₂), em um caso, ou de monóxido de carbono (CO), no outro – ambos com grande potencial como combustíveis.”

Para aquecer o material, Haile e colaboradores utilizaram um reator que consiste, de forma geral, em uma cavidade termicamente isolada, cuja tampa, de cristal de quartzo, concentra a radiação solar. O óxido de cério, formando uma peça única e porosa, reveste internamente a cavidade.

O oxigênio liberado após o aquecimento flui por uma saída no fundo do recipiente. E os gases (H₂O ou CO₂), que resfriam o óxido de cério, entram radialmente na cavidade, atravessando os poros do material. Pela mesma porta de saída, escapam o hidrogênio ou o monóxido de carbono, ejetados após a reoxidação [veja a figura abaixo].

“Uma pergunta específica que fizemos foi: como modificar o material de modo a aumentar a eficiência do processo e operar em temperaturas mais baixas?”, contou Haile.

A pergunta é muito relevante do ponto de vista tecnológico, pois a diminuição da temperatura de redução do óxido favorece bastante a construção do reator. “Verificamos que, agregando zircônio ao óxido de cério, é possível liberar o oxigênio com temperaturas menores. Em vez de operar a 1600 ou 1500 graus Celsius, é possível operar a 1450 ou 1350 graus – o que é muito vantajoso.”

“O zircônio possibilita baixar a temperatura porque torna a liberação de oxigênio da estrutura mais fácil do ponto de vista termodinâmico. Por outro lado, a cinética da reoxidação posterior fica mais lenta”, ponderou a pesquisadora. Foram realizados, então, vários testes, de modo a chegar à porcentagem ótima de zircônio para favorecer tanto a temperatura quanto a cinética. “Constatamos que com um acréscimo de zircônio da ordem de 10% a 20% é possível atender a ambas expectativas”, afirmou.

Haile nasceu na Etiópia em 1966. Sua família foi obrigada a abandonar o país em meados da década de 1970, após o golpe militar que depôs o imperador Haile Selassie. Ela conta que seu pai, um historiador, quase foi morto pelos golpistas. Nos Estados Unidos, Haile fez seus estudos superiores no Massachusetts Institute of Technology (MIT) e na University of California, Berkeley. Posteriormente, com bolsas das fundações Humboldt e Fulbright, desenvolveu pesquisa no Max Planck Institut für Festkörperforschung, de Stuttgart, Alemanha. (ecodebate)