Um grupo de pesquisadores do Worcester Polytechnic Institute nos EUA desenvolveu um material capaz de remover ureia da água e, potencialmente, convertê-la em gás de hidrogênio. O material, construído com átomos de níquel e cobalto com estruturas eletrônicas cuidadosamente adaptadas, desbloqueou o potencial para permitir que esses óxidos e hidróxidos de metais de transição oxidem seletivamente a ureia em uma reação eletroquímica.
O estudo, publicado no Journal of Physical Chemistry Letters, destaca que a ureia é um fertilizante nitrogenado de baixo custo na agricultura e um subproduto natural do metabolismo humano. Em 2021, cerca de 180 milhões de toneladas métricas de ureia foram produzidas globalmente. No entanto, o escoamento agrícola rico em ureia e o descarte de águas residuais municipais causam a eutrofização, gerando florações prejudiciais de algas e zonas mortas hipóxicas que afetam adversamente o meio ambiente aquático e a saúde humana.
Pesquisas com níquel e cobalto
Ao mesmo tempo, as características únicas da ureia a tornam um potencial meio de armazenamento de hidrogênio que poderia oferecer uma produção viável de hidrogênio sob demanda. Por exemplo, a ureia é não tóxica, tem alta solubilidade em água e alto teor de hidrogênio (6,7% em peso). Assim, a eletrólise da ureia para a produção de hidrogênio é mais eficiente em termos energéticos e econômica do que a eletrólise da água.
O obstáculo da eletrólise da ureia sempre foi a falta de eletrocatalisadores de baixo custo e altamente eficientes que oxidam seletivamente a ureia em vez da água. No entanto, ao criar eletrocatalisadores compostos por átomos de níquel e cobalto interagindo sinergicamente com estruturas eletrônicas exclusivas para a eletro-oxidação seletiva da ureia, a equipe do WPI encontrou uma solução para esse problema.
Os pesquisadores observaram que a configuração eletrônica específica, com espécies dominantes de Ni2+ e Co3+, é crucial para melhorar a seletividade da oxidação da ureia. Isso permitiu que os catalisadores participassem de ligações com moléculas de ureia e água de maneira eficiente, superando os desafios anteriores.
Os resultados da pesquisa abrem caminho para o uso eficiente da ureia em resíduos líquidos para produzir combustível de hidrogênio por meio do processo de eletrólise, ao mesmo tempo em que pode ser utilizado para retirar ureia da água, contribuindo para a sustentabilidade a longo prazo dos sistemas ecológicos e revolucionando a relação entre água e energia.
