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Hidrogênio na corrida pela energia limpa

Estudante aposta na produção de ligas compostas por magnésio e ferro para aplicação no armazenamento de hidrogênio em células de combustível

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Imagem por Freepik

 

Valquíria Carnaúba

Promissora, mas repleta de desafios: assim pode ser definida a inserção do hidrogênio (H2) na matriz energética mundial. O hidrogênio mostra grande potencial para integrar o grupo de fontes de energia limpa, ao lado da eólica e da solar, mas seu armazenamento para utilização em células combustíveis para consumo por veículos ainda é um desafio para pesquisadores do mundo todo. No Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT/Unifesp) - Campus São José dos Campos, o estudante Leonardo Fazan é um deles. Orientado por Gisele Ferreira de Lima, professora adjunta de Engenharia de Materiais, ele desenvolveu um composto denominado hidreto complexo Mg2FeH6, a partir da hidrogenação do compósito. Os hidretos à base de magnésio são promissores por apresentarem altas capacidades de armazenagem de hidrogênio, as maiores dentre os hidretos reversíveis. Os desafios para a aplicação desses materiais são as lentas cinéticas, as elevadas temperaturas das reações com hidrogênio e a alta reatividade ao ar desses mesmos materiais.

O armazenamento desse tipo de combustível é um dos principais obstáculos à sua aplicação em larga escala. Há três maneiras de guardá-lo: em cilindros de alta pressão, no estado gasoso; em condições criogênicas, no estado líquido; e na forma de hidreto metálico, no estado sólido. Liquefazer o hidrogênio é um processo que consome alta quantidade de energia (endotérmica), sendo comuns as perdas por evaporação. “O armazenamento na forma de hidreto é eficiente e seguro, pois, apesar de a reação de decomposição do hidreto (com a liberação de hidrogênio) absorver calor, é o controle da alteração de temperatura e pressão que permite ao hidrogênio se desprender da matriz metálica. A molécula liberada é de alta pureza, podendo ser diretamente utilizada para alimentação de células de combustível”, explica Fazan.

De acordo com o jovem estudante, a produção de hidretos ocorreu de duas formas distintas. Uma delas consistiu na obtenção de amostras do compósito 2Mg-Fe, chamado assim por ser um material resultante da união de outros materiais, com os quais se elabora um produto de maior qualidade, por meio da moagem de alta energia. Nesse processo, pedaços de ferro e magnésio são moídos e misturados, formando um pó homogêneo em termos de composição (sem que se unam quimicamente) e de tamanho de partículas, com microestrutura refinada em uma escala nanométrica. A outra forma adotada para consolidar o pó produzido pela moagem de alta energia foi a laminação repetitiva, mediante o processo denominado severe plastic deformation (SPD). “Ambos os métodos promovem o refinamento microestrutural e diminuem o tamanho dos grãos de magnésio e ferro, aumentando sua capacidade de hidrogenação (que agrega hidrogênio); entretanto, o processo de laminação repetitiva tem sido recentemente aplicado por reduzir a área superficial, aumentando a resistência à oxidação no ar.” 

Utilizando-se apenas a moagem de alta energia, a cinética (velocidade da reação química) de hidrogenação do compósito 2Mg-Fe, com a consequente formação de hidretos de magnésio (MgH₂) e hidretos complexos (Mg₂FeH₆), foi considerada rápida. O compósito moído absorveu 3,5% de hidrogênio após duas horas e 4% do mesmo elemento após 20 horas. Parece pouco, mas a literatura científica, na qual aposta o estudo, revela que 4% equivalem a 53% da capacidade teórica de hidrogenação do hidreto de magnésio (MgH2). Essa dinâmica, entretanto, foi alterada nas amostras em que foram efetuadas a moagem e a laminação. As amostras laminadas absorveram 2,7% de hidrogênio nas primeiras duas horas, valor que se elevou para 3,2% após 20 horas (42% da capacidade teórica do hidreto de magnésio).

Em relação a esse projeto de pesquisa, Fazan relata que estabeleceu uma parceria com o Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) para uso de equipamentos de laboratório. “Ao longo dos últimos dois anos, a colaboração permitiu que utilizássemos um aparelho chamado PCT para efetuar os ensaios de hidrogenação das amostras. O laboratório de experimentos com hidrogênio pertencente à referida instituição é o maior do Brasil, e a experiência foi muito enriquecedora para nós, que estamos montando o laboratório de hidrogênio no ICT/Unifesp”, assegura o estudante.

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Leonardo Henrique Fazan, estudante de Engenharia de Materiais do ICT/Unifesp, e sua orientadora, a professora adjunta Gisele Ferreira de Lima

Um caminho voluntário

Fazan e sua orientadora aceitaram o desafio de levantar o projeto em questão de forma autônoma. Para ele, a Iniciação Científica é o nascimento da vida acadêmica, e as bolsas fornecidas pelos órgãos de fomento, uma consequência desse empreendimento. “Realizar pesquisas na universidade pública é um trabalho gigantesco, que demanda organização, aliada à disponibilidade de materiais e equipamentos. Além disso, demanda dedicação: eu, que resido a duas horas da UFSCar, em diversas ocasiões tive de sair cedo de casa e voltar no final do dia, ou mesmo ir no final de semana ou durante a noite ao Campus São José dos Campos para recolher dados e material, de forma a poder prosseguir com o projeto”, relembra.

Ciente de que – por inúmeros motivos – nem todos os candidatos conquistam a bolsa que pleiteiam para o programa de Iniciação Científica, Fazan acredita que o montante fornecido por agências como a Fapesp e o CNPq é necessário à maioria dos jovens pesquisadores. “As atividades demandadas pela pesquisa podem-se tornar incompatíveis com a realidade de muitos estudantes. No meu caso, consigo dedicar a maior parte do tempo às tarefas, pois ainda resido com meus pais. Mas essa não é a situação de outros colegas, que precisam trabalhar para se sustentarem – ou mesmo sustentarem suas famílias.”

A universidade foi a porta que abriu a Fazan um leque de possibilidades. "Além da pesquisa de Iniciação Científica, estou também envolvido em um projeto eletrônico para o Parque de Ciência e Tecnologia do ICT/Unifesp. Por meio desses estudos interdisciplinares, posso experienciar diversas áreas. Por outro lado, percebi que os docentes com quem convivo passaram a trabalhar com o desenvolvimento de soft skills junto aos estudantes, ou seja, com o conjunto de habilidades e competências relacionadas ao comportamento humano, que são consideradas necessárias para que um profissional alcance os objetivos previstos em sua área de atuação”, argumenta.

As possibilidades profissionais, aliás, vêm acompanhadas das perspectivas pessoais. Com apenas 21 anos, hoje ele sonha com um futuro na área industrial. “Pelo que tenho percebido, o mercado de engenharia de materiais está mais aquecido fora do Brasil, em países como o Canadá e a Alemanha. Não creio que entrarei para a vida acadêmica por enquanto, pois seria um pouco difícil me sustentar durante esse período de dedicação exclusiva à pesquisa. O que agregaria à minha vida pessoal, neste momento, seria ingressar no mercado de trabalho”, finaliza.

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Aparato volumétrico do tipo Sieverts para medidas de cinética de hidrogenação. O equipamento foi utilizado para obtenção das curvas de cinética nas amostras estudadas. À esquerda, unidade stand-alone, mostrando a parte frontal do equipamento; à direita, região do porta-amostra, acima do forno / Imagens: André Neves/Ufscar

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