Pesquisa da UnB apoiada pela FAPDF torna produção de hidrogênio verde mais próxima à realidade
Assunto: Hospital Veterinário da Universidade de Brasília
Transformar água em combustível limpo pode parecer algo distante do cotidiano, mas é exatamente isso que um projeto desenvolvido no Instituto de Física da Universidade de Brasília (UnB) está tornando cada vez mais viável. Coordenada pelo professor Jorlandio F. Felix, doutor em física, bolsista de produtividade do CNPq e docente associado da UnB, a pesquisa produz e caracteriza filmes finos (camadas extremamente finas) baseados em materiais de Van der Waals (forças fracas) para aplicação como catalisadores na geração de hidrogênio e também em dispositivos eletrônicos.
O projeto foi contemplado pelo edital Demanda Espontânea (2022), da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF), com investimento de R$ 179 mil. Esse edital faz parte do Programa de Pesquisa Básica da FAPDF, direcionado a projetos de pesquisa científica, tecnológica e de inovação que buscam validar hipóteses, desenvolver conceitos e consolidar bases experimentais, posicionando-se assim na esteira de níveis iniciais de maturidade tecnológica.
Versão aprimorada do sistema AME, equipada com módulo de controle remoto | Fotos: Divulgação/FAPDF
O apoio da FAPDF foi decisivo para estruturar toda a cadeia de pesquisa, desde a adaptação de equipamentos até a aquisição de materiais de alta pureza e a implementação de instrumentação especializada. Além dos resultados científicos, o projeto gera impactos estruturantes: formação de estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado; fortalecimento da infraestrutura científica da UnB; consolidação do DF como polo em nanotecnologia e hidrogênio verde; e potencial criação de um novo setor industrial voltado à produção de dispositivos energéticos de alto desempenho.
Para o professor Jorlandio, “essa tecnologia não representa apenas um avanço científico; ela demonstra que é possível produzir energia limpa com menor custo e menor impacto ambiental, criando oportunidades econômicas e formando profissionais altamente qualificados no Distrito Federal”.
O diretor-presidente da FAPDF, Leonardo Reisman, destaca: “Apoiar projetos como esse significa investir em soberania tecnológica e em soluções concretas para os desafios da transição energética. Quando fomentamos pesquisas que unem ciência de ponta, sustentabilidade e potencial de aplicação industrial, estamos preparando o Distrito Federal para liderar a nova economia da energia limpa”.
Do laboratório ao hidrogênio verde
Raios gama atingindo o material bidimensional e criando vacâncias de enxofre
O hidrogênio é considerado um dos pilares da transição energética porque pode substituir combustíveis fósseis em setores onde a eletrificação direta é mais difícil, como na indústria pesada e no transporte de cargas.
Ele pode ser utilizado como combustível para ônibus, caminhões e trens, gerando apenas vapor d’água como resíduo; em processos industriais que exigem altas temperaturas, como a produção de aço; e como forma de armazenar energia solar e eólica, funcionando como uma espécie de “bateria química” de grande escala.
Quando produzido a partir da eletrólise da água usando energia renovável — como solar ou eólica —, ele é chamado de hidrogênio verde, pois não gera emissões de carbono no processo.
Sistema de deposição de filmes finos AME (do inglês, Automatic Mechanic Exfoliation), versão original protegida pela patente BR1020240157060
Para produzir esse hidrogênio, é necessário quebrar a molécula da água (H₂O) usando eletricidade. Essa reação, chamada eletrólise, só ocorre com eficiência quando há um catalisador — material que acelera a reação e reduz o gasto energético. Hoje, o catalisador mais eficiente é a platina, um metal raro e caro. É nesse cenário que a pesquisa da UnB apresenta uma alternativa promissora.
O grupo trabalha com filmes finos produzidos a partir de materiais bidimensionais (2D). Filmes finos são camadas extremamente finas de material aplicadas sobre uma superfície. Elas podem ser milhares de vezes mais finas que um fio de cabelo e, mesmo quase invisíveis, conseguem conduzir eletricidade ou acelerar reações químicas. Filmes semelhantes já estão presentes no cotidiano — por exemplo, nas telas de celulares sensíveis ao toque, em espelhos e até em alguns tipos de painéis solares.
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia” Jorlandio F. Felix, professor e doutor em física
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia”
Entre os materiais utilizados estão os chamados dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs), como o dissulfeto de molibdênio (MoS₂) e o dissulfeto de tungstênio (WS₂). O MoS₂ já é utilizado há décadas como lubrificante industrial, reduzindo o atrito entre peças metálicas graças à estrutura em camadas. Na pesquisa da UnB, porém, esses mesmos materiais são aplicados em escala nanométrica — quase atômica — para acelerar reações químicas e produzir hidrogênio verde.
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia”, explica o professor Jorlandio.
Automação e inovação
Um dos grandes diferenciais do projeto é o desenvolvimento da técnica chamada Esfoliação Mecânica Automática (AME). De forma simplificada, trata-se de um sistema automatizado que deposita materiais bidimensionais, como MoS₂ e WS₂, sobre uma superfície com controle preciso de pressão e movimento.
Esses materiais começam como um pó escuro comum, mas têm uma estrutura formada por camadas muito finas, unidas por forças fracas chamadas forças de van der Waals. Quando pressionadas contra uma superfície, essas camadas se desprendem e formam o filme fino.
O sistema funciona como uma “caneta” de alta precisão, guiada por motores que controlam o movimento em diferentes direções e a força aplicada, garantindo uniformidade e padronização.
“Na ciência, de nada adianta descobrir um material incrível se não conseguimos fabricá-lo sempre com a mesma qualidade. O sistema AME garante padronização e abre caminho para levar a tecnologia da bancada para a indústria”, afirma o coordenador.
O mecanismo foi patenteado sob o número BR1020240157060, consolidando o avanço tecnológico desenvolvido no Distrito Federal.
*Com informações da FAPDF
O projeto foi contemplado pelo edital Demanda Espontânea (2022), da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF), com investimento de R$ 179 mil. Esse edital faz parte do Programa de Pesquisa Básica da FAPDF, direcionado a projetos de pesquisa científica, tecnológica e de inovação que buscam validar hipóteses, desenvolver conceitos e consolidar bases experimentais, posicionando-se assim na esteira de níveis iniciais de maturidade tecnológica.
Versão aprimorada do sistema AME, equipada com módulo de controle remoto | Fotos: Divulgação/FAPDF
O apoio da FAPDF foi decisivo para estruturar toda a cadeia de pesquisa, desde a adaptação de equipamentos até a aquisição de materiais de alta pureza e a implementação de instrumentação especializada. Além dos resultados científicos, o projeto gera impactos estruturantes: formação de estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado; fortalecimento da infraestrutura científica da UnB; consolidação do DF como polo em nanotecnologia e hidrogênio verde; e potencial criação de um novo setor industrial voltado à produção de dispositivos energéticos de alto desempenho.
Para o professor Jorlandio, “essa tecnologia não representa apenas um avanço científico; ela demonstra que é possível produzir energia limpa com menor custo e menor impacto ambiental, criando oportunidades econômicas e formando profissionais altamente qualificados no Distrito Federal”.
O diretor-presidente da FAPDF, Leonardo Reisman, destaca: “Apoiar projetos como esse significa investir em soberania tecnológica e em soluções concretas para os desafios da transição energética. Quando fomentamos pesquisas que unem ciência de ponta, sustentabilidade e potencial de aplicação industrial, estamos preparando o Distrito Federal para liderar a nova economia da energia limpa”.
Do laboratório ao hidrogênio verde
Raios gama atingindo o material bidimensional e criando vacâncias de enxofre
O hidrogênio é considerado um dos pilares da transição energética porque pode substituir combustíveis fósseis em setores onde a eletrificação direta é mais difícil, como na indústria pesada e no transporte de cargas.
Ele pode ser utilizado como combustível para ônibus, caminhões e trens, gerando apenas vapor d’água como resíduo; em processos industriais que exigem altas temperaturas, como a produção de aço; e como forma de armazenar energia solar e eólica, funcionando como uma espécie de “bateria química” de grande escala.
Quando produzido a partir da eletrólise da água usando energia renovável — como solar ou eólica —, ele é chamado de hidrogênio verde, pois não gera emissões de carbono no processo.
Sistema de deposição de filmes finos AME (do inglês, Automatic Mechanic Exfoliation), versão original protegida pela patente BR1020240157060
Para produzir esse hidrogênio, é necessário quebrar a molécula da água (H₂O) usando eletricidade. Essa reação, chamada eletrólise, só ocorre com eficiência quando há um catalisador — material que acelera a reação e reduz o gasto energético. Hoje, o catalisador mais eficiente é a platina, um metal raro e caro. É nesse cenário que a pesquisa da UnB apresenta uma alternativa promissora.
O grupo trabalha com filmes finos produzidos a partir de materiais bidimensionais (2D). Filmes finos são camadas extremamente finas de material aplicadas sobre uma superfície. Elas podem ser milhares de vezes mais finas que um fio de cabelo e, mesmo quase invisíveis, conseguem conduzir eletricidade ou acelerar reações químicas. Filmes semelhantes já estão presentes no cotidiano — por exemplo, nas telas de celulares sensíveis ao toque, em espelhos e até em alguns tipos de painéis solares.
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia” Jorlandio F. Felix, professor e doutor em física
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia”
Entre os materiais utilizados estão os chamados dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs), como o dissulfeto de molibdênio (MoS₂) e o dissulfeto de tungstênio (WS₂). O MoS₂ já é utilizado há décadas como lubrificante industrial, reduzindo o atrito entre peças metálicas graças à estrutura em camadas. Na pesquisa da UnB, porém, esses mesmos materiais são aplicados em escala nanométrica — quase atômica — para acelerar reações químicas e produzir hidrogênio verde.
“Ao utilizar materiais bidimensionais, trocamos um material escasso e caríssimo por componentes muito mais abundantes e baratos. Isso torna a tecnologia de energia limpa viável para ser instalada em larga escala, baixando o preço final da energia”, explica o professor Jorlandio.
Automação e inovação
Um dos grandes diferenciais do projeto é o desenvolvimento da técnica chamada Esfoliação Mecânica Automática (AME). De forma simplificada, trata-se de um sistema automatizado que deposita materiais bidimensionais, como MoS₂ e WS₂, sobre uma superfície com controle preciso de pressão e movimento.
Esses materiais começam como um pó escuro comum, mas têm uma estrutura formada por camadas muito finas, unidas por forças fracas chamadas forças de van der Waals. Quando pressionadas contra uma superfície, essas camadas se desprendem e formam o filme fino.
O sistema funciona como uma “caneta” de alta precisão, guiada por motores que controlam o movimento em diferentes direções e a força aplicada, garantindo uniformidade e padronização.
“Na ciência, de nada adianta descobrir um material incrível se não conseguimos fabricá-lo sempre com a mesma qualidade. O sistema AME garante padronização e abre caminho para levar a tecnologia da bancada para a indústria”, afirma o coordenador.
O mecanismo foi patenteado sob o número BR1020240157060, consolidando o avanço tecnológico desenvolvido no Distrito Federal.
*Com informações da FAPDF