Descoberta forma de produzir hidrogênio sem gasto de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica
09/02/2009

Cientistas descobriram uma nova forma de produzir hidrogênio, considerado o combustível do futuro por ser capaz de gerar eletricidade em células a combustível sem gerar qualquer tipo de poluente. A nova técnica produz hidrogênio puro sem consumir energia.

Produção de hidrogênio

Hoje, praticamente a totalidade do hidrogênio é produzido a partir do gás natural, um combustível fóssil como o petróleo, o que anula seus benefícios ambientais, além de sair caro demais.

Os pesquisadores das universidades Penn State e Virginia, nos Estados Unidos, descobriram como produzir hidrogênio mergulhando aglomerados de átomos de alumínio em água. Os aglomerados quebram as moléculas de água, produzindo hidrogênio e oxigênio.

A quebra da molécula de água também pode ser feita por meio de eletrólise, mas o processo consome mais energia do que produz.

Aglomerados de alumínio

Os pesquisadores descobriram que, além das propriedades eletrônicas dos aglomerados de alumínio, o seu formato é essencial na reação com a água.

"Nossas pesquisas anteriores sugeriam que eram as propriedades eletrônicas que governavam tudo sobre esses aglomerados de alumínio, mas este novo estudo mostrou que é o arranjo dos átomos no interior dos aglomerados que faz com que eles quebrem as moléculas de água," explica o professor A. Welford Castleman Jr.

Reação espontânea

A molécula de água liga-se entre dois pontos do aglomerado de alumínio, com um dos pontos funcionando como um ácido de Lewis - um centro positivamente carregado que aceita um elétron - e o outro ponto funcionando como uma base de Lewis - um centro negativamente carregado pronto para ceder um elétron.

O alumínio ácido de Lewis liga-se ao oxigênio da molécula de água e o alumínio base de Lewis dissocia o átomo de hidrogênio. Se o processo ocorrer uma segunda vez, envolvendo dois outros átomos de alumínio, restarão dois átomos de hidrogênio, que se ligarão para formar uma molécula de hidrogênio na forma de gás (H2).

Produção de hidrogênio sem gasto de energia

O hidrogênio é produzido a temperatura ambiente. "A capacidade para produzir hidrogênio a temperatura ambiente é importante porque significa que nós não usamos nenhum tipo de calor ou energia para disparar a reação," afirmam os pesquisadores.

A descoberta é importante não apenas para a produção de hidrogênio, mas também por abrir caminho para uma nova abordagem na produção de catalisadores, que poderão ser desenvolvidos para quebrar outras moléculas.

Reciclagem dos aglomerados de alumínio

Agora os pesquisadores querem descobrir como reciclar os aglomerados de alumínio para que eles possam ser reutilizados continuamente, abrindo a possibilidade de uso prático da nova tecnologia.

A reciclagem consistirá em uma forma para retirar o grupo hidroxila (OH-) que fica ligado aos aglomerados de alumínio depois que a molécula de hidrogênio é liberada.

Bibliografia:
Complementary Active Sites Cause Size-Selective Reactivity of Aluminum Cluster Anions with Water
Patrick J. Roach, W. Hunter Woodward, A. W. Castleman, Jr., Arthur C. Reber, Shiv N. Khanna
Science
January 2009
Vol.: 323. no. 5913, pp. 492 - 495
DOI: 10.1126/science.1165884

Memória de nanotubos melhora 100.000 vezes e supera Flash

Redação do Site Inovação Tecnológica
10/02/2009

Os nanotubos de carbono já foram utilizados para a construção de transístores antes, em experimentos que abriram os primeiros caminhos para a eletrônica orgânica. Transistores de nanotubos já foram utilizados até mesmo para a construção de um nanorrádio.

A viabilização desses transistores, que se acredita poderem substituir os transistores de silício, tem tropeçado em técnicas complicadas para fabricação dos nanotubos, com avanços rumo à sua produção em larga escala tendo começado a surgir apenas recentemente (veja Chips de nanotubos de carbono são demonstrados em escala industrial).

100.000 vezes mais rápido

Um novo impulso agora foi dado rumo à adoção dos nanotubos de carbono como células de memória não-volátil - que não perdem os dados na ausência de energia. O avanço é tão grande que poderá representar um novo incentivo para a tentativa de viabilizar esses componentes nanotecnológicos.

O novo transístor é 100.000 vezes mais rápido dos que seus antecessores. Os transistores de nanotubos de carbono mais promissores demonstrados até agora gastam vários milissegundos para gravar um bit. Em comparação, uma memória Flash gasta mil vezes menos tempo, efetuando suas operações na faixa dos microssegundos.

Otimização e refinamento

O transístor que acaba de ser desenvolvido pela equipe da professora Päivi Törmä, da Universidade de Tecnologia de Helsinque, grava seus bits em meros 100 nanossegundos, um tempo comparável até mesmo às memórias usadas nos computadores atuais. E esse tempo pode ser ainda menor.

"Isto é incrível, considerando que ele não passou ainda por um processo de otimização ou refinamento. O que impõe o limite atual de 100 nanossegundos não é a memória de nanotubo, mas a configuração do nosso experimento, de forma que ele poderá trabalhar a velocidades ainda maiores, nós não sabemos ainda," diz a pesquisadora.

E o experimento é outro fator encorajador, devido à sua grande simplicidade.

Escrevendo os bits

O transístor é feito a partir de um único nanotubo de carbono, nas extremidades do qual são ligados dois eletrodos. Um terceiro eletrodo, a base do transístor, fica separado do nanotubo por uma camada isolante. É este eletrodo que é usado para escrever o bit na célula de memória.

Este terceiro eletrodo recebe um pico de tensão, que força um fluxo de elétrons através da barreira isolante. Esse fluxo de corrente representa o 1 binário, podendo ser detectado porque ele faz variar a corrente que passa entre os outros dois eletrodos.

Para escrever um 0 basta enviar outro pulso de energia pela porta, para que o primeiro seja cancelado.

Óxido de háfnio

A maioria dos transistores de nanotubos de carbono anteriores usava dióxido de silício como barreira isolante. É isso o que explica a lentidão desses transistores, uma vez que demora muito para induzir uma carga elétrica nesse material.

Os pesquisadores finlandeses substituíram o dióxido de silício por óxido de háfnio, um material que ganhou fama depois que a IBM anunciou seu uso para a construção daquela que era, na época, memória mais rápida do mundo, há cerca de dois anos.

O óxido de háfnio é muito mais sensível a alterações na corrente elétrica. Além disso, sua estrutura porosa ajuda-o a capturar uma carga elétrica muito mais rapidamente, o que explica a extrema velocidade da nova célula de memória.

Próximo desafio

Além de memórias para computador, essas novas células poderão ser um concorrente superior às atuais memórias Flash, que equipam os pen-drives e outros cartões de memória.

O próximo passo da pesquisa é juntar várias dessas células individuais para construir um verdadeiro chip de memória. O experimento até agora só demonstrou o funcionamento de transistores individuais.

Bibliografia: High-Speed Memory from Carbon Nanotube Field-Effect Transistors with High-k Gate Dielectric Marcus Rinkio, Andreas Johansson, G. S. Paraoanu, Päivi Törmä Nano Letters January, 2009 Vol.: In Advance of Print DOI: 10.1021/nl8029916