A busca de maneiras mais eficientes para o funcionamento de veículos automotores tem sido um dos grandes gargalos de pesquisa do século XXI. E, no Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), um dos estudos relacionado a esse tema, na interface entre a física e química, investiga um novo método capaz de tornar o funcionamento dos motores de tais veículos menos poluentes e mais eficientes.
Esse novo método que vem sendo estudado pelo docente do IFSC, Paulo Barbeitas Miranda, numa parceria de pesquisa com a pesquisadora do Instituto de Química de São Carlos (IQSC/USP )*, Janaína Fernandes Gomes, utiliza uma célula a combustível (etanol, por exemplo) que gera energia elétrica com a produção de pouco calor. Esta, por sua vez, alimenta um motor elétrico, que usualmente perde pouca energia na forma de calor, tornando o funcionamento do automóvel mais eficiente e, principalmente, limpo.
Sendo esse o objetivo final do estudo (um carro com motor elétrico que consuma menos combustível e funcione de maneira mais limpa), alguns problemas se colocam à frente para concretização de tal projeto: durante a reação de quebra da molécula de etanolpara produção de energia elétrica, que ocorre na superfície de um eletrodo metálico, há muita perda de energia. “Atualmente, o grande desafio é conseguir quebrar completamente a molécula de etanol para que ela alcance eficiência máxima. Porém, essa reação ainda gera muitos subprodutos, tendo-se uma reação parcial e o não aproveitamento de toda energia da molécula”, explica Paulo Miranda.
Também durante a quebra da molécula de etanol na célula a combustível, ocorre outro problema: o chamado “envenenamento do eletrodo”, quando o monóxido de carbono, resultante da reação parcial, fica grudado na superfície do eletrodo, atrapalhando sua eficiência. “São moléculas difíceis de remover e que bloqueiam a reação”, elucida o docente.
O trabalho principal dos pesquisadores do IFSC e IQSC, portanto, foi buscar o entendimento sobre como ocorre o envenenamento do eletrodo, tentando descobrir quais são as outras moléculas “grudadas” na superfície do metal, que são produtos intermediários da reação de oxidação do etanol no eletrodo.
O eletrodo estudado foi o de platina, o mais investigado e promissor (embora muito caro) para a fabricação de células a combustível. No caso do IFSC, os pesquisadores utilizaram a técnica de espectroscopia não-linear de interfaces, na qual são utilizados lasers de alta intensidade para se obter o espectro de vibração das moléculas que estão na superfície. “Na situação experimental temos um filme muito filme com uma solução composta por etanol e eletrólito, e com isso conseguimos estudar as moléculas que estão na superfície do eletrodo”, conta Paulo.
A técnica utilizada no IFSC tem, ainda, um “plus”. Sobre o filme fino, são disparados dois tipos de laser: um infravermelho e outro verde. Tal diferencial oferece a seguinte vantagem: a combinação das duas cores, produzindo luz azul, permite investigar apenas as moléculas que se encontram na superfície. “Nesse caso específico, saber o que se encontra na solução não é de nosso interesse, pois muitos pesquisadores podem fazer isso rotineiramente. A técnica que utilizamos é, entretanto, muito mais sensível ao que ocorre na superfície do eletrodo, deixando de lado o que se encontra na solução”.
Depois de aplicada a técnica na superfície do eletrodo metálico, os pesquisadores encontraram um espectro complexo, com muitas vibrações em frequências próximas, e visualizaram “impressões digitais” de várias moléculas, o que foi a grande novidade da pesquisa em questão. “A dificuldade é saber a quem pertencem essas ‘impressões digitais’, uma vez que encontramos uma média de 15 frequências diferentes. Tivemos que buscar dados na literatura e fazer comparações com diversos espectros já conhecidos para identificar a quais moléculas elas pudessem pertencer”, explica Paulo.
Após diversas análises e comparações, os pesquisadores chegaram a uma proposta de possíveis candidatos – a certeza só existirá quando forem feitas novas simulações computacionais bem mais complexas. “O ideal, mesmo, seria fazer uma simulação do que ocorre com uma molécula de etanol quando ela chega a uma superfície metálica e se quebra em diversas outras”, comenta Paulo.
Outra surpresa durante o estudo foi a descoberta de que o eletrodo de platina é extremamente ativo para reação de quebra da molécula de etanol, pois, de acordo com Paulo, outras moléculas menores, que resultam dessa reação, podem se juntar novamente para formar moléculas novas. “Isso mostra que o caminho dessa reação é muito mais complicado do que se imaginava. No entanto, ao se utilizar diferentes combustíveis, a reação pode ser diferente, bem como os produtos e a eficiência da reação”, explica Paulo.
Obviamente, os próximos passos da pesquisa caminham em direção à descoberta exata das moléculas que estão “grudadas” na superfície do eletrodo e também como ocorre, exatamente, a reação nessa superfície. O quão forte os fragmentos da quebra da molécula do etanol estão na superfície de platina? Por que eles não desgrudam dela? Por que os produtos que saem não são simplesmente o gás carbônico? O que causa o envenenamento da superfície? Essas são algumas das perguntas que essa pesquisa tentará responder. E quando os pesquisadores conseguirem encontrar tais respostas, a relevância do estudo, inclusive tecnológica, será ainda mais visível, pois, além de abrir novas janelas de estudo, irá angariar importantes ferramentas para viabilizar o sonho de muitos estudiosos e, principalmente, de muitos motoristas.
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*Atualmente, Janaína é professora visitante do Departamento de Engenharia Química da UFSCar
Assessoria de Comunicação
