Reator brasileiro sustentável inova ao produzir hidrogênio verde apenas com luz solar e água

O reator brasileiro sustentável desenvolvido por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) demonstrou ser capaz de gerar hidrogênio verde sem qualquer emissão de carbono, empregando unicamente luz solar, água e matérias-primas amplamente disponíveis no território nacional. Em testes realizados em laboratório e em condições ao ar livre, o protótipo funcionou de forma autônoma, dispensando conexão a fontes externas de eletricidade graças à integração de um fotoânodo especialmente concebido para captar a radiação solar.

Como o reator brasileiro sustentável converte luz em hidrogênio verde

No coração do sistema encontra-se um dispositivo classificado como fotoeletrolisador. Ele possui dois eletrodos — fotoânodo e cátodo — imersos em água. O processo inicia-se quando o fotoânodo absorve a luz do sol. A energia luminosa, então, é transformada em energia eletroquímica capaz de romper as ligações da molécula de água, liberando hidrogênio. Esse modo de operação elimina etapas intermediárias e não demanda linhas de transmissão elétrica, o que reduz perdas e simplifica a instalação em locais remotos ou próximos aos pontos de consumo.

O fotoânodo exerce, portanto, dupla função: captura a radiação e desencadeia a reação de divisão da água. Para cumprir esse papel, o material precisa ser estável em meio aquoso, apresentar baixo custo e manter boa eficiência na conversão de luz em corrente elétrica. Encontrar uma combinação que atenda simultaneamente a esses requisitos tem sido um desafio para a comunidade científica há décadas, condição que torna o avanço brasileiro particularmente relevante.

Fotoânodo de hematita: o avanço que sustenta o reator brasileiro sustentável

A equipe liderada pelo professor Flavio Leandro de Souza, da Universidade Federal do ABC (UFABC) e do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do CNPEM, superou um dos principais gargalos da área ao fabricar um fotoânodo de hematita eficiente, estável e, sobretudo, escalonável. A hematita, óxido de ferro abundante na natureza e resistente ao contato prolongado com água, já era considerada promissora para fotoeletrolisadores; porém, sua eficiência limitada restringia aplicações.

Para elevar o desempenho sem comprometer a robustez, os cientistas adicionaram pequenas quantidades de óxidos de alumínio e de zircônio. Ambos os aditivos também são encontrados em grande oferta no país, garantindo acesso a suprimentos locais e preços competitivos. Essa combinação resultou em um fotoânodo que mantém a estabilidade e alcança maior conversão de energia solar em corrente elétrica, requisito essencial para a produção contínua de hidrogênio verde.

Materiais nacionais fortalecem a viabilidade do reator brasileiro sustentável

O projeto foi concebido com foco explícito em escalabilidade industrial. Para validar um método de produção em série, os pesquisadores fabricaram cem fotoânodos idênticos. Cada conjunto de dez unidades compôs um fotoeletrolisador completo, e dez desses equipamentos formaram um módulo de um metro quadrado. A possibilidade de agrupar módulos oferece flexibilidade para atender desde demandas modestas até necessidades maiores, sem alterar o princípio de funcionamento.

A escolha de hematita, alumínio e zircônio reflete estratégia de aproveitar insumos amplamente disponíveis no Brasil, reduzindo dependência de importações. Além de garantir cadeia de suprimentos interna, essa decisão contribui para menor pegada de carbono associada ao transporte de matérias-primas e reforça a proposta de sustentabilidade integral do sistema.

Resultados de desempenho do reator brasileiro sustentável em laboratório e em campo

Os testes de validação ocorreram no CNPEM, em Campinas, com participação de seis pesquisadores e colaboração do professor Renato Gonçalves, do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP). No laboratório, o equipamento operou por 120 horas sob um simulador de luz solar de grande área, construído especificamente para os experimentos. Ao longo desse período, o sistema manteve desempenho estável, confirmando a durabilidade do fotoânodo recém-desenvolvido.

Para assegurar que os resultados não se limitassem a condições controladas, um protótipo formado por dois fotoeletrolisadores foi exposto à radiação natural em ambiente externo. Os números obtidos replicaram a eficiência verificada em ambiente interno, demonstrando robustez e confiabilidade do conjunto quando sujeito a variações naturais de intensidade luminosa e temperatura.

Próximas etapas rumo à aplicação industrial do reator

Com o fotoânodo otimizado, a equipe concentrou-se no desenvolvimento do segundo eletrodo, o cátodo, com o objetivo de que também funcione exclusivamente acionado pela luz solar. Quando ambos os eletrodos dependerem apenas de irradiação, o módulo passará a operar 100% com energia solar, eliminando totalmente a necessidade de fontes externas.

Os cientistas já trabalham em um novo estágio, no qual cada fotorreator será formado por um par fotoânodo-fotocátodo. Essa configuração deverá ampliar ainda mais a autonomia do sistema e abrir caminho para instalação direta em linhas de produção que utilizam hidrogênio verde como reagente ou combustível intermediário. A modularidade, destacam os pesquisadores, permitirá calibrar a capacidade do reator à necessidade específica de cada processo industrial, facilitando a integração e reduzindo investimentos iniciais.

Embora a escala laboratorial tenha comprovado a eficiência, a transição para unidades comerciais exigirá infraestrutura de testes mais extensa e protocolos de segurança reforçados, sobretudo para armazenamento e manuseio de hidrogênio. Os responsáveis pelo projeto consideram a colaboração com empresas um elemento crucial para viabilizar essa fase, uma vez que aportes financeiros substanciais serão necessários para construir instalações piloto.

Rede de pesquisa que apoia o reator brasileiro sustentável

A investigação conta com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) por meio do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol). O trabalho integra o portfólio do CINE, criado em 2018 pela FAPESP e pela Shell como Centro de Pesquisa Aplicada. O consórcio envolve pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP), Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e outras oito instituições brasileiras, configurando uma rede multidisciplinar que reúne competências em química, física, engenharia de materiais e nanotecnologia.

Esse ambiente colaborativo favoreceu a troca de conhecimento necessário para superar desafios experimentais, desde a síntese de óxidos até a caracterização de desempenho eletroquímico, consolidando o Brasil na corrida global por soluções de produção de hidrogênio verde.

O próximo marco definido pelos pesquisadores é a conclusão de um módulo totalmente operante apenas com irradiação solar, composta por fotoânodo e fotocátodo otimizado, etapa já em andamento nos laboratórios do CNPEM.