A equação do metal barato

Equação de abundância: cristais de níquel em escala microscópica — um dos dois metais comuns que pesquisadores brasileiros combinaram computacionalmente para reproduzir a função catalítica da platina na produção de hidrogênio verde - Foto: Ilustrativa/Magnific

POR - OSCAR LOPES*, PUBLISHER DO NEO MONDO

Simulações computacionais desenvolvidas no Brasil mostram que ligas de ferro e níquel podem substituir a platina na produção de hidrogênio verde — e reescrever a economia dos eletrolisadores

A platina custa, hoje, mais de 30 mil dólares por quilograma. É esse número, silencioso e intratável, que trava a expansão das usinas de hidrogênio verde no mundo inteiro. Não a falta de vento, nem de sol, nem de água — mas a dependência de um metal raro extraído em escala insuficiente, majoritariamente da África do Sul, para catalisar a reação que converte eletricidade renovável em moléculas de combustível. Eletrolisadores do tipo PEM dependem de metais do grupo da platina — especialmente irídio no ânodo e platina no cátodo — que são simultaneamente caros, sujeitos a restrições de oferta e propensos à degradação sob condições operacionais reais. Uma pesquisa publicada em fevereiro deste ano pelo Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais da Universidade Federal de São Carlos pode ser o início de uma saída diferente.

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O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP e sediado na UFSCar. Seus pesquisadores publicaram, no International Journal of Hydrogen Energy, os resultados de um estudo que propõe substituir os metais nobres dos catalisadores por ligas de metais abundantes — especificamente ferro e níquel — ajustadas com precisão via simulação computacional. A lógica é elegante: se não é possível baratear a platina, o caminho é reproduzir sua função com elementos que a natureza distribui de forma abundante.

O mecanismo central da pesquisa diz respeito à adsorção — o fenômeno pelo qual o hidrogênio se fixa temporariamente na superfície de um metal antes de ser liberado como gás. Essa adesão precisa ser calibrada com precisão quase cirúrgica: forte demais, o hidrogênio fica preso; fraca demais, a reação não ocorre. A platina acerta esse equilíbrio com naturalidade, e é por isso que domina os eletrolisadores modernos. O que os pesquisadores da UFSCar demonstraram, por meio de simulações computacionais, é que a liga de ferro-níquel possui um grau de liberdade que a platina não oferece: basta alterar a proporção entre os dois metais para mover esse ponto de equilíbrio com precisão e previsibilidade. A composição vira um parâmetro de engenharia.

Essa abordagem pertence ao campo chamado design racional de materiais, que busca prever o comportamento de materiais antes mesmo de sua síntese em laboratório. A modelagem computacional encurta radicalmente o ciclo de desenvolvimento: em vez de sintetizar dezenas de compostos para testar qual funciona, os pesquisadores usam simulações para filtrar candidatos, reservando o trabalho experimental para os mais promissores. Pesquisadores do CNPEM desenvolvem metodologias capazes de criar materiais sob demanda com propriedades ajustáveis para necessidades científicas e industriais — e o estudo da UFSCar segue a mesma direção, reforçando a consolidação de uma frente de pesquisa brasileira que usa a computação de alto desempenho como instrumento de descoberta material.

A relevância do problema que essa pesquisa toca não é abstrata. O custo de produção do hidrogênio verde está hoje entre 2,2 e 8,1 dólares por quilograma, enquanto o hidrogênio cinza — produzido a partir de gás natural — custa entre 0,67 e 2,9 dólares por quilograma. Essa diferença mantém o hidrogênio limpo fora de competição em setores que operam em escala industrial. O custo dos catalisadores representa atualmente entre 20% e 30% do custo total do hidrogênio obtido no processo de eletrólise — uma fatia expressiva, e uma das poucas sobre as quais a química de materiais tem alguma alavancagem direta.

O momento da publicação também é politicamente significativo. Para 2026, a expectativa é de R$ 63 bilhões em investimentos para início de projetos de hidrogênio verde no Brasil, com a maior parte concentrada no Complexo de Pecém, no Ceará, além de iniciativas em Uberaba e no Porto do Suape. Todo esse capital está comprometido com uma cadeia produtiva que ainda depende de materiais cuja oferta global é estreita. A produção mundial de irídio para eletrolisadores atingiu 6,8 toneladas métricas em 2022, mas a demanda projetada pode chegar a 808 toneladas métricas. A escassez não é especulativa — está inscrita na geoquímica do planeta.

O que torna o trabalho da UFSCar relevante para além dos limites do laboratório é precisamente sua escala de ambição. Os pesquisadores não propõem um catalisador pronto para uso industrial: propõem um princípio. O artigo Tuning hydrogen adsorption through synergy in non-noble bimetallic substrates funciona como um guia teórico — uma demonstração de que é possível navegar o espaço de composições bimetálicas com critérios racionais, sem recorrer a tentativa e erro. Outros grupos, em outros laboratórios, em outros países, podem agora tomar essa bússola e caminhar em direções distintas, testando novos pares de metais abundantes com a mesma lógica.

Pesquisas convergentes vêm surgindo na literatura internacional. Cálculos de teoria do funcional de densidade revelam que a atividade catalítica de nanopartículas de interface níquel-óxido de ferro para a reação de evolução de hidrogênio é induzida por forte acoplamento eletrônico entre os dois materiais na interface — o que sugere que a sincronia entre ferro e níquel, explorada pelos brasileiros por uma via distinta, tem fundamento eletrônico robusto. Um catalisador desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis, acoplado a um ânodo de ferro-níquel, demonstrou desempenho superior ao de cátodos de última geração baseados em metais do grupo da platina, operando por mais de 1.000 horas em densidades de corrente compatíveis com padrões industriais. O campo converge.

No Brasil, o estudo da UFSCar se insere em um ecossistema de pesquisa que inclui grupos da Unicamp, do CNPEM e da própria UFSCar — todos financiados por mecanismos da FAPESP e dedicados a diferentes facetas do mesmo problema. Pesquisadores da Unicamp aumentaram significativamente a eficiência de materiais de baixo custo por meio da introdução controlada de defeitos em catalisadores, em estudo publicado na Electrochimica Acta. A ciência brasileira não trabalha em silos: ela está construindo, peça por peça, uma resposta doméstica a uma dependência tecnológica que pode comprometer décadas de política energética.

Há, naturalmente, distância entre a simulação computacional e a linha de montagem de um eletrolisador. Catalisadores que funcionam em modelos precisam ser sintetizados, estabilizados, integrados a membranas, testados em condições reais de pressão e temperatura, e então escalonados — cada etapa introduz fricções que o computador não vê. Mas é exatamente por isso que pesquisas como esta têm valor estratégico: elas reduzem o espaço de busca experimental antes que o dinheiro seja gasto. Num setor onde os custos de capital dos eletrolisadores PEM giram em torno de 3 milhões de dólares por megawatt, cada escolha de material que se revela equivocada cedo — na tela de um computador, e não em uma planta piloto — representa economia real e tempo recuperado.

O ferro e o níquel existem em abundância na crosta terrestre. Estão presentes no subsolo brasileiro em quantidades industriais. A ideia de que esses dois metais ordinários, combinados na proporção certa, possam replicar a função de um dos elementos mais raros e caros do planeta não é um exercício de otimismo — é uma hipótese que acabou de ganhar embasamento teórico sólido, publicado em periódico indexado, produzido dentro de uma universidade pública brasileira financiada por agência de fomento nacional. O que vem a seguir é o trabalho lento, meticuloso e necessário de transformar essa hipótese em metal.

*Com informações da Agência FAPESP.