Vidro bimetálico inovador com super-cristais de alto rendimento bateu o recorde mundial de produção de hidrogénio verde usando luz solar.

Vidro revolucionário produz mais energia e pode produzir hidrogénio

Mundialmente a energia solar é possivelmente a fonte de energia mais popular neste momento, muitos são os consumidores interessados em instalar painéis solares fotovoltaicos nas sua residências com o principal objetivo de diminuir as faturas mensais de eletricidade.

As inovações tecnológicas neste setor são praticamente diárias, algumas são realmente promissoras, este vidro revolucionário que consegue produzir mais energia e que em simultâneo poderá gerar hidrogénio (H2) promete uma verdadeira inovação no campo solar.

O hidrogénio é considerado como um componente essencial para a transição energética, para a sua obtenção através da energia solar, uma equipa de cientistas da Universidade Ludwig Maximilians (LMU) de Múnich na Alemanha desenvolveu nano-estruturas de alto rendimento inovadoras. Um super-cristal que alcançou o recorde mundial de produção ecológica de hidrogénio utilizando a luz solar, este feito significa um grande avanço dentro da tecnologia solar fotovoltaica.

Este inovador material foi desenvolvido pelo professor de física experimental e conversão de energia Emiliano Cortés em conjunto com a sua equipa de investigadores da Universidade LMU. O desenvolvimento da equipa focou-se em nano-estruturas de plasma para concentra a energia solar e demonstraram a sua eficiência ao produzir hidrogénio a partir de ácido fórmico com a ajuda da luz solar, este estudo foi apresentado recentemente na revista científica Nature Catalysis.

 Capacidade de concentração de mais energia

O professor Emiliano Cortés em conjunto com a sua equipa concentraram-se no nanocosmos, onde as partículas de energia da luz solar, os fotões, se encontram com as estruturas atómicas, foi neste aspeto que a investigação começou. O professor informou em comunicado oficial que trabalha em soluções materiais para captar e utilizar a energia solar de forma mais eficiente.

Materiais que permitem criar novas células solares e fotocatalizadores, sendo que estes últimos são uma das grandes esperanças da indústria, umas vez que conseguem que a energia luminosa seja acessível para as reações químicas, evitando a necessidade de produção de eletricidade. No entanto o uso da luz solar representa um desafio pois a energia solar alcança o nosso planeta já diluída, pelo que a quantidade de energia por superfície é comparativamente baixa.

Os painéis solares compensam este pormenor cobrindo grandes superfícies, no entanto o professor Emiliano Cortés en conjunto com a Universidade de Hamburgo e a Freie Universität Berlín decidiram desenvolver uns cristais ou nano-estruturas plasmónicas que podem ser utilizadas para concentrar a energia solar.

Este revolucionário vidro bimetálico é composto por dois metais diferentes a nano escala, entre os quais se encontra o ouro, e permitem captar melhor a luz solar e convertê-la em eletrões de alta energia.

“Primeiro criámos partículas no intervalo de 10-200 nanómetros a partir de um material plasmónico, que no nosso caso é ouro. A esta escala acontece um fenómeno especial com os mateis plasmónicos, onde também se cinluem a prata, o cobre, o alumínio ou o magnésio: A luz visível interatua muito fortemente com os eletrões do metal, fazendo que oscilem de forma ressonante”, refere o professor Emiliano Cortés.

Isto basicamente significa que os eletrões movimentam-se com grade rapidez de forma coletiva de um lado para o outro da nanopartícula criando assim um espécie de íman.

O professor explica que para a luz incidente, “trata-se de uma forte mudança, de modo que posteriormente interatua de forma mais intensa com a nanopartícula metálica”. Por outra palavras, é como uma super lente que concentra a energia, no entanto numa escala de molécula, isto permite que as nanopartículas consigam captar mais luz solar e converter em eletrões de muito alta energia, que por sua vez ajudam a impulsionar as reações químicas duma forma diferente.

De forma a aproveitar essa energia, a equipa de investigadores colocaram partículas de ouro de forma ordenada, de tal forma que as mesmas ficaram muito próximas mas sem se tocarem para maximizar as interações. O objetivo era para incrementar a correlação entre luz e matéria. Com esta experiência descobriram que a absorção de luz aumentava várias vezes. “As matrizes ordenadas das nanopartículas de ouro concentram a luz solar de forma extremamente eficaz, produzindo campos elétricos muito localizados e potentes. os denominados pontos quentes” explicam os investigadores.

Os pontos quentes permitem colocar nanopartículas de platina, que é um material catalizador clássico e muito potente, entre as partículas de ouro. Isto permite que se melhore a absorção de luz solar para reações químicas.

“A platina é um dos materiais preferidos para a fotocatálise, porque absorve mal a luz solar, no entanto podemos focar nos pontos quentes para melhorar esta absorção, que de outro modo seria pobre e potenciar reações químicas com a energia solar. No nosso caso a reação converte o ácido fórmico em Hidrogénio”, assegura a equipa de investigadores do professor Emiliano Cortés.

Alcançado um recorde mundial

Este novo vidro é uma excelente notícia para a produção de fotocalizadores e destaca-se pela sua capacidade para desempenhar um importante papel na transição energética. “O material é tão excecional, que ostenta o recorde mundial de produção de hidrogénio através de energia solar”, informa Emiliano Cortés, uma vez que este supercristal alcançou durante os testes uma taxa de produção de hidrogénio a partir de ácido fórmico de 139 milimol por hora e por grama de catalizador

Atualmente o hidrogénio é produzido principalmente a partir de combustíveis fósseis, nomeadamente gás natural. Equipas de investigadores trabalham mundialmente para encontrarem uma forma de produção alternativa que seja sustentável a grande escala.

“As soluções materiais inteligentes como a nossa são um elemento essencial para o sucesso deste tipo de tecnologia. Combinando materiais plasmónicos e catalíticos, estamos a criar avanços tecnológicos de potentes fotocatalizadores para aplicações industriais. É uma nova forma de utilização da luz solar e oferece um interessante potencial para outras reações, como a conversão de dióxido de carbono (CO2) em substâncias aproveitáveis”, afirma a equipa de investigadores que já patentearam o desenvolvimento desta estrutura de vidro.