{"id":394,"date":"2026-02-24T19:17:32","date_gmt":"2026-02-24T19:17:32","guid":{"rendered":"https:\/\/pages.cnpem.br\/cepidcemol\/?p=394"},"modified":"2026-03-06T14:39:26","modified_gmt":"2026-03-06T14:39:26","slug":"catalisador-aprimorado-melhora-a-conversao-de-etanol-em-hidrogenio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/pages.cnpem.br\/cepidcemol\/2026\/02\/24\/catalisador-aprimorado-melhora-a-conversao-de-etanol-em-hidrogenio\/","title":{"rendered":"Catalisador aprimorado melhora a convers\u00e3o de etanol em hidrog\u00eanio"},"content":{"rendered":"

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REPRODU\u00c7\u00c3O: Jos\u00e9 Tadeu Arantes | Ag\u00eancia FAPESP<\/strong><\/div>\n

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Controle fino do processamento de material cer\u00e2mico do tipo perovskita aumenta a estabilidade do sistema e reduz custos, dispensando o uso de metais nobres<\/p>\n<\/blockquote>\n

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Microscopia de alta resolu\u00e7\u00e3o mostrando a exsolu\u00e7ao de rut\u00eanio na perovskita LaCrO3. O processo \u00e9 semelhante ao da exsolu\u00e7\u00e3o do n\u00edquel (imagem: Fabio Coral Fonseca)<\/p><\/div>\n

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No contexto da crise clim\u00e1tica e da necessidade urgente de reduzir emiss\u00f5es de gases de efeito estufa, o hidrog\u00eanio vem se consolidando como um dos vetores energ\u00e9ticos mais promissores da transi\u00e7\u00e3o para uma economia de baixo carbono. Quando produzido a partir de fontes renov\u00e1veis, ele pode funcionar como combust\u00edvel limpo, insumo industrial estrat\u00e9gico e meio de armazenamento de energia.<\/p>\n

Entre as rotas poss\u00edveis, a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio a partir do etanol \u2013 especialmente quando derivado da biomassa \u2013 ocupa posi\u00e7\u00e3o de destaque no contexto brasileiro. O pa\u00eds disp\u00f5e de uma infraestrutura consolidada de produ\u00e7\u00e3o, distribui\u00e7\u00e3o e uso desse biocombust\u00edvel, o que abre espa\u00e7o para solu\u00e7\u00f5es tecnol\u00f3gicas que agreguem valor ao etanol e ampliem seu papel na transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica.<\/p>\n

Um estudo, coordenado por Fabio Coral Fonseca<\/strong><\/a>, pesquisador s\u00eanior do Instituto de Pesquisas Energ\u00e9ticas e Nucleares (Ipen<\/strong><\/a>), avan\u00e7ou de forma significativa nessa dire\u00e7\u00e3o ao mostrar que o controle fino do processamento de um catalisador cer\u00e2mico do tipo perovskita \u00e9 decisivo para maximizar a convers\u00e3o do etanol em hidrog\u00eanio, aumentar a estabilidade do sistema e reduzir custos, dispensando o uso de metais nobres tradicionalmente empregados nesse tipo de rea\u00e7\u00e3o. Artigo a respeito foi publicado<\/strong><\/a> no International Journal of Hydrogen Energy<\/em>.<\/p>\n

A convers\u00e3o \u00e9 feita por meio da chamada reforma a vapor do etanol (ESR, na sigla em ingl\u00eas de ethanol steam reforming<\/em>). Em termos simplificados, trata-se da rea\u00e7\u00e3o do etanol com vapor d\u2019\u00e1gua em altas temperaturas, produzindo hidrog\u00eanio e di\u00f3xido de carbono. A rea\u00e7\u00e3o global ideal, que maximiza a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio, pode ser representada por: C\u2082<\/sub>H\u2085<\/sub>OH + 3 H\u2082<\/sub>O \u2192 2 CO\u2082<\/sub> + 6 H\u2082<\/sub>. Na pr\u00e1tica, por\u00e9m, o processo envolve v\u00e1rias etapas intermedi\u00e1rias, o que torna o papel do catalisador central para direcionar a rea\u00e7\u00e3o, maximizar o rendimento em hidrog\u00eanio e evitar caminhos indesej\u00e1veis, como a forma\u00e7\u00e3o de coque (dep\u00f3sitos de carbono), que degrada rapidamente o material.<\/p>\n

\u201cCat\u00e1lise \u00e9 uma propriedade de superf\u00edcie. O que se quer s\u00e3o part\u00edculas muito pequenas, muito bem distribu\u00eddas e est\u00e1veis ao longo do tempo\u201d, afirma Fonseca. \u201cO problema \u00e9 que, em temperaturas elevadas, essas part\u00edculas tendem a se deslocar, aglutinar e perder atividade.\u201d<\/p>\n

Para responder a esse desafio, o estudo utilizou um \u00f3xido cer\u00e2mico do tipo perovskita. Mas, diferentemente dos catalisadores convencionais, o n\u00edquel (Ni), elemento ativo da rea\u00e7\u00e3o, n\u00e3o \u00e9 impregnado posteriormente na superf\u00edcie da cer\u00e2mica, e, sim, incorporado \u00e0 estrutura cristalina do material durante a s\u00edntese. \u201cEm vez de colocar o metal por cima do suporte, como nos m\u00e9todos cl\u00e1ssicos de cat\u00e1lise, introduzimos o n\u00edquel na estrutura do cristal. Depois, sob condi\u00e7\u00f5es controladas, esse n\u00edquel emerge na superf\u00edcie\u201d, explica o pesquisador.<\/p>\n

Tal fen\u00f4meno, conhecido como \u201cexsolu\u00e7\u00e3o\u201d, faz com que nanopart\u00edculas met\u00e1licas de n\u00edquel (Ni\u2070<\/sup>) surjam na superf\u00edcie do s\u00f3lido, fortemente ancoradas ao substrato, o que lhes confere uma estabilidade muito maior frente \u00e0 sinteriza\u00e7\u00e3o e \u00e0 deposi\u00e7\u00e3o de carbono. \u201cO metal vem de dentro para fora. Ele n\u00e3o fica se deslocando pela superf\u00edcie, como acontece nos catalisadores impregnados. Isso d\u00e1 uma estabilidade muito maior ao sistema\u201d, diz Fonseca.<\/p>\n

O avan\u00e7o central do trabalho foi demonstrar que um par\u00e2metro aparentemente simples \u2013 a temperatura de calcina\u00e7\u00e3o do \u00f3xido precursor\u00a0antes da etapa de redu\u00e7\u00e3o \u2013 controla de forma decisiva todo o desempenho do catalisador. Os pesquisadores sintetizaram o material por m\u00e9todo qu\u00edmico e o calcinaram a tr\u00eas temperaturas distintas: 650 \u00b0C, 800 \u00b0C e 1.200 \u00b0C. Essa etapa, anterior \u00e0 rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica propriamente dita, determina a microestrutura do s\u00f3lido, especialmente o tamanho das part\u00edculas cer\u00e2micas e a \u00e1rea superficial dispon\u00edvel.<\/p>\n

\u201cSe aquecemos a perovskita a temperaturas muito altas, ela cresce demais. E isso prejudica a exsolu\u00e7\u00e3o do n\u00edquel depois\u201d, pontua Fonseca. Os resultados mostraram que a calcina\u00e7\u00e3o a 650 \u00b0C preserva maior \u00e1rea superficial, ao passo que temperaturas mais elevadas promovem a coalesc\u00eancia dos gr\u00e3os, reduzindo drasticamente essa \u00e1rea. Part\u00edculas cer\u00e2micas menores favorecem a sa\u00edda do n\u00edquel e a forma\u00e7\u00e3o de nanopart\u00edculas menores e mais ativas. \u201cO grande ponto do estudo foi mostrar que o tamanho do substrato controla a exsolu\u00e7\u00e3o. Se as part\u00edculas s\u00e3o grandes, o n\u00edquel n\u00e3o sai bem. Se s\u00e3o menores, ele emerge de forma mais eficiente\u201d, resume o pesquisador.<\/p>\n

Nos testes de reforma a vapor do etanol, o catalisador calcinado a 650 \u00b0C apresentou resultados expressivos: 100% de convers\u00e3o do etanol; rendimento de 4,04 mols de H\u2082<\/sub> por mol de etanol; opera\u00e7\u00e3o est\u00e1vel por at\u00e9 85 horas, com baixa forma\u00e7\u00e3o de coque. J\u00e1 os materiais calcinados a 800 \u00b0C e 1.200 \u00b0C exibiram menor exsolu\u00e7\u00e3o de n\u00edquel, menor convers\u00e3o e mudan\u00e7a na seletividade da rea\u00e7\u00e3o, favorecendo a simples desidrogena\u00e7\u00e3o do etanol em vez da reforma completa para produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio. \u201cN\u00e3o basta escolher os elementos certos. A forma de fabricar o material \u00e9 decisiva. Um ajuste relativamente simples no processamento muda completamente o desempenho\u201d, sublinha Fonseca.<\/p>\n

O pesquisador contextualiza o estudo em uma agenda tecnol\u00f3gica mais ampla. Segundo ele, a convers\u00e3o do etanol em hidrog\u00eanio nem sempre \u00e9 a melhor solu\u00e7\u00e3o do ponto de vista energ\u00e9tico, especialmente quando se pensa em mobilidade. \u201cO etanol \u00e9 uma mol\u00e9cula muito preciosa. Para chegar a ela, \u00e9 preciso passar por agricultura, fermenta\u00e7\u00e3o, destila\u00e7\u00e3o. Simplesmente quebr\u00e1-la para produzir hidrog\u00eanio e depois eletricidade pode n\u00e3o ser a melhor escolha\u201d, ressalva. Por isso, o grupo tamb\u00e9m investiga c\u00e9lulas a combust\u00edvel de etanol direto, capazes de converter o combust\u00edvel l\u00edquido diretamente em eletricidade. \u201cNo fundo, a gente estuda essas perovskitas porque elas tamb\u00e9m se encaixam muito bem nessa tecnologia\u201d, acrescenta Fonseca.<\/p>\n

As perovskitas s\u00e3o materiais definidos menos por sua composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica espec\u00edfica e mais por uma estrutura cristalina caracter\u00edstica, do tipo ABO\u2083<\/sub>. Essa estrutura \u2013 primeiramente observada no mineral natural titanato de c\u00e1lcio (CaTiO\u2083<\/sub>) a perovskita original \u2013\u00a0\u00e9 hoje reproduzida de forma sint\u00e9tica e de diferentes maneiras em laborat\u00f3rio. Nessa arquitetura, diversos elementos podem ocupar as posi\u00e7\u00f5es A e B da rede cristalina, o que confere a tais materiais uma extraordin\u00e1ria flexibilidade estrutural para ajustar propriedades el\u00e9tricas, i\u00f4nicas, magn\u00e9ticas e catal\u00edticas.<\/p>\n

O trabalho com n\u00edquel insere-se em uma estrat\u00e9gia mais ampla de explora\u00e7\u00e3o da exsolu\u00e7\u00e3o met\u00e1lica em perovskitas. Em estudo anterior, realizado em colabora\u00e7\u00e3o com grupos dos Estados Unidos no \u00e2mbito de um projeto apoiado pela FAPESP e pela National Science Foundation (NSF), a equipe do Ipen obteve resultados igualmente expressivos com rut\u00eanio exsolvido a partir de perovskitas \u00e0 base de cromita de lant\u00e2nio (LaCrO\u2083<\/sub>). Nesse caso, o rut\u00eanio \u2013 metal ainda mais ativo para rea\u00e7\u00f5es de reforma \u2013 tamb\u00e9m \u00e9 inicialmente incorporado \u00e0 rede cristalina e, durante a rea\u00e7\u00e3o de reforma do etanol, emerge como nanopart\u00edculas met\u00e1licas fortemente ancoradas ao suporte. O estudo, tamb\u00e9m coordenado por Fonseca, foi publicado<\/strong><\/a> no peri\u00f3dico Catalysis Science & Technology<\/em>.<\/p>\n

Os estudos com p\u00f3s policristalinos, como os descritos nos dois artigos, constituem apenas um dos caminhos do programa de pesquisa dos cientistas do Ipen. A equipe avan\u00e7a para sistemas ainda mais controlados, baseados em filmes finos epitaxiais, produzidos por deposi\u00e7\u00e3o a laser pulsado. O termo \u201cepitaxial\u201d refere-se a material que cresce de forma ordenada sobre outro, copiando a sua estrutura cristalina. \u201cNeste caso, o que fazemos \u00e9 compactar o p\u00f3, transform\u00e1-lo em uma pastilha cer\u00e2mica e depois sublimar esse material com um laser de alta energia. O vapor se deposita em um substrato bem ordenado e forma um cristal quase perfeito\u201d, descreve Fonseca. Essa abordagem permite estudar a exsolu\u00e7\u00e3o em n\u00edvel at\u00f4mico, utilizando t\u00e9cnicas avan\u00e7adas de caracteriza\u00e7\u00e3o no Sirius, o acelerador de luz s\u00edncrotron brasileiro.<\/p>\n

Ao demonstrar que \u00e9 poss\u00edvel obter alto desempenho catal\u00edtico com metais abundantes, baixo custo e forte estabilidade, os estudos apontam um caminho concreto para reduzir a depend\u00eancia de metais nobres e tornar mais vi\u00e1veis rotas sustent\u00e1veis de produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio. No contexto brasileiro, onde o etanol \u00e9 abundante e a demanda por solu\u00e7\u00f5es energ\u00e9ticas de baixo carbono \u00e9 crescente, os resultados refor\u00e7am o potencial da rota etanol-hidrog\u00eanio. E, mais amplamente, das perovskitas exsolvidas como recurso estrat\u00e9gico para a transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica.<\/p>\n

O estudo com o n\u00edquel recebeu apoio da FAPESP por meio do Projeto Tem\u00e1tico \u201cDispositivos eletroqu\u00edmicos avan\u00e7ados de convers\u00e3o de mol\u00e9culas e produ\u00e7\u00e3o de energia<\/strong><\/a>\u201d; dos Aux\u00edlios \u00e0 Pesquisa 17\/11937-4<\/strong><\/a>, 18\/19251-7<\/strong><\/a> e 24\/00989-7<\/strong><\/a>; e de Bolsa de Doutorado<\/strong><\/a>.<\/p>\n

O artigo Calcination temperature of the perovskite parent compound controls active metal exsolution and catalytic performance for ethanol steam reforming<\/em> pode ser lido em: sciencedirect.com\/science\/article\/abs\/pii\/S0360319925063293<\/strong><\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

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Esta mat\u00e9ria foi publicada originalmente pela Ag\u00eancia FAPESP de acordo com a licen\u00e7a Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o original aqui<\/a>.<\/p>\n

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Sobre o CEMol<\/strong><\/h3>\n

O Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avan\u00e7ados (CEMol) \u00e9 um Centro de Pesquisa, Inova\u00e7\u00e3o e Difus\u00e3o (CEPID) com financiamento da Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (FAPESP). O CEMol \u00e9 uma iniciativa multi-institucional com sede no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) composto tamb\u00e9m por pesquisadores da USP, UFSCar, UFABC, Unifesp, Unesp, Embrapa e IPEN. Os pesquisadores do CEMol empregam t\u00e9cnicas de s\u00edntese e caracteriza\u00e7\u00e3o de materiais e se utilizam de ci\u00eancia de dados para contribuir com o desenvolvimento de dispositivos e novos materiais. A abordagem interdisciplinar do CEMol est\u00e1 voltada para produzir solu\u00e7\u00f5es para problemas da sociedade nas \u00e1reas de Energia Alternativa, Materiais Sustent\u00e1veis, Sa\u00fade, Materiais Qu\u00e2nticos e Ferramentas Cient\u00edficas. Para mais informa\u00e7\u00f5es acesse: https:\/\/pages.cnpem.br\/cepidcemol\/<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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