A natureza como modelo para o armazenamento sustentável de hidrogénio
Como a biocatálise poderia melhorar a tecnologia LOHC
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O hidrogénio é amplamente considerado como uma pedra angular de uma indústria energética e química neutra em termos climáticos. No entanto, para concretizar todo o seu potencial, tem de ser armazenado e transportado de forma segura, eficiente e com um consumo mínimo de energia. Num novo artigo de revisão, investigadores da RWTH e do Instituto Helmholtz de Erlangen-Nürnberg para as Energias Renováveis analisam como os sistemas biológicos poderão ajudar a moldar a próxima geração de tecnologias de armazenamento de hidrogénio líquido.
Num artigo de revisão aceite para publicação na revista «Renewable and Sustainable Energy Reviews», intitulado [título a completar], o Dr. Michael Geißelbrecht, Hannes Mandon, o Prof. Peter Wasserscheid e o Prof. Lars Lauterbach investigam quais os princípios subjacentes à conversão biológica do hidrogénio que poderiam inspirar a próxima geração de transportadores orgânicos líquidos de hidrogénio (LOHCs). Estes compostos líquidos podem ligar quimicamente o hidrogénio, armazená-lo e libertá-lo quando necessário. Como permanecem na forma líquida ao longo de todo o processo, podem, em grande parte, ser manuseados utilizando a infraestrutura existente para combustíveis líquidos e outros vetores energéticos.
No entanto, subsiste um grande desafio. Muitos dos atuais sistemas LOHC requerem altas temperaturas, catalisadores especializados e condições operacionais cuidadosamente controladas para armazenar e libertar hidrogénio de forma eficiente. É aqui que a biologia oferece uma inspiração valiosa. Os organismos vivos conseguem converter hidrogénio e eletrões com uma eficiência notável em condições suaves. Para tal, os microrganismos recorrem às hidrogenases, enzimas que ativam e libertam hidrogénio, em conjunto com sistemas redox biológicos altamente sofisticados.
«Os catalisadores biológicos demonstram como o hidrogénio pode ser convertido com uma seletividade notável em condições moderadas. Estes princípios de conceção naturais poderiam inspirar uma nova geração de sistemas LOHC bioinspirados. O nosso objetivo é testar estes conceitos utilizando biocatalisadores de conversão de hidrogénio e avaliar o seu potencial para tecnologias sustentáveis de hidrogénio», afirma o professor Lars Lauterbach, do Instituto de Microbiologia Aplicada da Universidade RWTH de Aachen.
A investigação reúne duas áreas que evoluíram, em grande parte, de forma independente: a biocatálise molecular e o armazenamento químico de hidrogénio. O grupo de Lauterbach na RWTH contribui com a sua experiência em biocatalisadores dependentes de hidrogénio e em sistemas biológicos para a conversão de substratos gasosos, enquanto a equipa do professor Peter Wasserscheid, no Instituto Helmholtz de Erlangen-Nürnberg para as Energias Renováveis, desenvolve tecnologias de transportadores orgânicos líquidos de hidrogénio. No Centro de Investigação WSS «catalaix», estas abordagens complementares são combinadas para fazer avançar as tecnologias catalíticas com vista a uma economia circular sustentável.
«As tecnologias LOHC são particularmente atrativas porque armazenam hidrogénio na forma líquida, permitindo-lhes tirar partido das infraestruturas de armazenamento e transporte existentes», afirma Wasserscheid. «Inspirando-nos nos sistemas biológicos, podemos identificar novas estratégias para fazer com que os futuros sistemas LOHC funcionem em condições mais suaves, com maior seletividade e maior vida útil dos catalisadores.»
A revisão destaca vários princípios biológicos que poderão ajudar a moldar as futuras tecnologias de armazenamento de hidrogénio. Estes incluem microambientes adaptados em sítios catalíticos, mediadores redox-ativos, transferência de eletrões acoplada a protões e vias de reação acopladas. A longo prazo, estes conceitos poderão ajudar a baixar as temperaturas de reação, reduzir reações secundárias indesejadas e prolongar a vida útil tanto dos catalisadores como das moléculas transportadoras.
Em vez de introduzir um novo composto LOHC, a publicação apresenta um quadro conceptual para a conceção da próxima geração de catalisadores e moléculas transportadoras, combinando a robustez dos sistemas químicos com a precisão dos sistemas biológicos. Ao reunir os conhecimentos especializados da RWTH e do Instituto Helmholtz, os investigadores abrem novos caminhos para tecnologias de armazenamento de hidrogénio que são mais eficientes, mais seletivas e, em última análise, mais sustentáveis.
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