Um novo material de estrutura metal-orgânica à base de alumínio pode armazenar grandes quantidades de hidrogênio e metano a pressões relativamente baixas. O material pode ser usado para transportar energia limpa em veículos movidos a células de combustível, de acordo com os pesquisadores da Northwestern University nos EUA que o desenvolveram.
Em 2017, veículos de transporte (incluindo carros, caminhões, aviões, trens e barcos) ultrapassaram as usinas de energia como a maior fonte de emissões de gases de “efeito estufa” nos EUA. A parcela de emissões baseadas em transporte aumentou ainda mais em 2018, e a tendência deverá continuar – tornando a busca por fontes de energia alternativas favoráveis ao transporte cada vez mais importante.
O metano e o hidrogênio são frequentemente apontados como possíveis substitutos dos combustíveis diesel e gasolina nos veículos. Enquanto o metano é considerado um combustível de “transição”, uma vez que sua combustão ainda emite dióxido de carbono (embora menor que o da gasolina), o hidrogênio é aclamado como “o combustível do futuro”, uma vez que a queima não produz dióxido de carbono nem poluição baseada em partículas .
O problema é que, como o hidrogênio e o metano são gases à temperatura ambiente, eles precisam ser comprimidos e mantidos a altas pressões (de 700 bar e 250 bar, respectivamente) sempre que são transportados e armazenados. Como essas pressões altas podem criar riscos para os motoristas e outras pessoas envolvidas no manuseio de combustível armazenado, o limite máximo de pressão de armazenamento para veículos do mundo real foi definido como 100 bar – reduzindo significativamente a quantidade de gás que pode ser armazenada em um determinado espaço.
Armazenando quantidades maiores de gás sem aumentar a pressão
Nos últimos anos, os pesquisadores investigaram materiais adsorventes porosos de alta área superficial como meio de aumentar as quantidades de gás que podem ser armazenadas em um determinado volume sem aumentar a pressão. Estruturas metal-orgânicas (MOFs), que possuem áreas de superfície de 2000m2 / g ou mais, são consideradas candidatas promissoras. Esses materiais altamente cristalinos são compostos de moléculas orgânicas e íons ou aglomerados de metal que se auto-montam em estruturas multidimensionais e são fáceis de projetar, graças à sua química e forma de poros personalizáveis.
A equipe da Northwestern, liderada por Omar Farha, usou simulações moleculares para informar o projeto de MOFs ultraporosos com base em aglomerados trinucleares, chamados NU-1501-M (onde M é Al ou Fe).
Os pesquisadores descobriram que o NU-1501-Al exibia altos desempenhos de armazenamento gravimétrico (massa) e volumétrico (tamanho) para hidrogênio e metano. De fato, o material provou ser capaz de armazenar 0,66 g de metano por grama de material a 100 bar e 270K – um valor que excede a meta de 0,5 g / g estabelecida pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) para desenvolver a próxima geração de automóveis de energia. O material também possui uma alta capacidade de armazenamento de 14% em peso de hidrogênio, o que significa que ele pode armazenar 14% de sua própria massa de hidrogênio. Embora esse número pareça baixo em comparação com sua capacidade de armazenar metano (66% em peso), novamente supera a meta do DOE para 2020 de 4,5% em peso.
Poros nanosizados significam uma área de superfície alta para adsorção de gás
Esses altos valores são possíveis graças aos pequenos poros do material, que medem menos de 2,5 nm de diâmetro e, portanto, oferecem uma área de superfície muito alta para adsorção de gás. Como observa Farha, uma amostra de um grama do material, com um volume equivalente a seis balas de M&M, tem área de superfície suficiente para cobrir 1,3 campos de futebol americano.
Essa extensa área de superfície significa que os MOFs da equipe podem armazenar quantidades “tremendas” de hidrogênio e metano em seus poros, diz Farha, acrescentando que os materiais podem fornecer gás para o motor de um carro a pressões mais baixas do que o necessário para os veículos de células de combustível atuais .
Publicado em 09/06/2020 06h23
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