Produzindo hidrogênio verde usando catalisadores sustentáveis

Os especialistas de Swansea e Grenoble se uniram para criar um método realista para produzir hidrogênio verde usando catalisadores sustentáveis. Aumentando o Desempenho da Hidrogenase para Evolução Fotocatalítica de Hidrogênio Aeróbico por meio de Ajuste de Solvente

por Daniel Scheschkewitz

Os especialistas agora antecipam que seu estudo será um passo significativo para tornar a produção de hidrogênio verde mais simples, barata e escalável. Em nosso trabalho, usamos enzimas naturais – hidrogenases – para gerar hidrogênio verde usando a luz solar.

Ao contrário dos catalisadores sintéticos que são baseados em metais preciosos como a platina, as hidrogenases contêm apenas elementos abundantes na terra, como ferro e níquel.

Este trabalho mostra o desempenho da [NiFeSe] hidrogenase de Desulfomicrobium baculatum para geração de hidrogênio acionada por energia solar em uma variedade de solventes eutéticos profundos de base orgânica. Os solventes eutéticos profundos (DESs) demonstraram ser solventes superiores para a geração solar de hidrogênio usando enzimas hidrogenases naturais. Este sistema “inDEStrutível” demonstra que os solventes de engenharia baseados em DES estabilizam a hidrogenase em relação ao oxigênio e permitem a geração eficiente de H2 no ar

Em resumo, mostramos que os DESs podem atuar como meio de reação alternativo à água para a evolução fotocatalítica de hidrogênio usando enzimas hidrogenases naturais. Ao ajustar o teor de água nos DESs, tanto a atividade quanto a estabilidade da atividade de evolução de H2 podem ser aumentadas para igualar e até superar a água pura como solvente para a evolução de H2.

Este trabalho é um exemplo inspirador de como combinar a experiência de vários parceiros em uma colaboração internacional pode levar a avanços de pesquisa inovadores. Dr. Alan Le Goff, cientista sênior, CNRS Grenoble

Em nosso trabalho, usamos enzimas naturais – hidrogenases – para gerar hidrogênio verde usando a luz solar. Ao contrário dos catalisadores sintéticos que são baseados em metais preciosos como a platina, as hidrogenases contêm apenas elementos abundantes na terra, como ferro e níquel. No entanto, essas enzimas são muito sensíveis e se desativam rapidamente quando expostas ao ar, tornando seu uso prático quase impossível. Dr. Moritz Kuehnel, Professor Sênior, Departamento de Química, Swansea University

No entanto, essas enzimas são muito sensíveis e se desativam rapidamente quando expostas ao ar, tornando seu uso prático quase impossível. Dr. Moritz Kuehnel, Professor Sênior, Departamento de Química, Swansea University. O grupo já desenvolveu solventes de engenharia que permitem que as hidrogenases atuem no ar.

Simplesmente mergulhá-los nesses solventes em vez de água os torna mais ativos e estáveis, permitindo que sejam utilizados para criar hidrogênio no ar.

“Integramos nanopartículas sintéticas com enzimas naturais nos chamados materiais híbridos, que combinam o melhor dos dois mundos para alcançar uma funcionalidade nova e superior. As nanopartículas de TiO2 são excelentes no uso da luz solar para gerar cargas e as hidrogenases são extremamente eficientes no uso dessas cargas para gerar hidrogênio verde.

A combinação dos dois, portanto, permite a geração eficiente de hidrogênio verde a partir da luz solar, algo que nenhum dos componentes separados é capaz de fazer . Dra. Christine Cavazza, cientista sênior, CEA Grenoble”.

A experiência da Swansea University em fotocatálise, design de solvente e sua ênfase em fornecer soluções práticas para problemas complexos foram combinadas com o conhecimento de recuperação de enzimas naturais e seu uso para conversão de energia renovável na Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) e na Université Grenoble Alpes ( UG). A conexão estratégica de Swansea com a UGA resultou na colaboração. As descobertas foram publicadas na Angewandte Chemie.

Este trabalho é um exemplo inspirador de como combinar a experiência de vários parceiros em uma colaboração internacional pode levar a avanços de pesquisa inovadores. Dr. Alan Le Goff, cientista sênior, CNRS Grenoble

O hidrogênio verde é necessário como combustível para a descarbonização do transporte, principalmente da aviação de longo curso, dos caminhões, do setor marítimo onde a eletrificação não é viável, da indústria química, principalmente da fabricação de fertilizantes, e do setor de energia.

Solventes eutéticos profundos induzem tolerância ao oxigênio a um fotocatalisador baseado em TiO 2 -hidrogenase para evolução de hidrogênio impulsionada por energia solar sob condições aeróbicas

No entanto, os custos de fabricação do hidrogênio verde atualmente impedem seu uso generalizado, e é por isso que essa descoberta é tão importante para o futuro.

A utilização de catalisadores sustentáveis como hidrogenases em vez de platina cara pode reduzir o custo de eletrolisadores e células de combustível, tornando o hidrogênio verde mais acessível para criar e utilizar. Também reduz a dependência de importações, que podem ser interrompidas por forças externas.

Geração fotocatalítica de H 2 usando um sistema fotocatalisador baseado em TiO2 e Db [NiFeSe] H2 ase em várias misturas de água e glicelina. (a) geração de H2 ao longo do tempo e (b) número de renovação após 24 h de irradiação em solventes de conteúdo variável de glicelina sob condições inertes. Condições: TiO2 (5,0 mg), Db [NiFeSe] H2 ase (21 pmol), 2,0 mL de solvente, TEOA (0,4 M), AM 1,5 G, 1 sol, 40 °C, purga de N2 constante