Ciências Exatas e da Terra
Química
Resumo
A transição energética global exige o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis para geração de energia e combustíveis limpos, reduzindo os impactos ambientais do uso de combustíveis fósseis. Nesse contexto, processos eletroquímicos, como a eletrólise da água para produção de hidrogênio verde e a redução de CO₂, destacam-se como alternativas promissoras. Contudo, sua escalabilidade é limitada pelo alto custo dos catalisadores e pela necessidade de otimizar a eficiência química e energética dos reatores eletrocatalíticos. Assim, simulações computacionais são ferramentas fundamentais para compreender, prever e propor estratégias de design racional de eletrodos, reduzindo o uso de materiais e ampliando a viabilidade de aplicação. No trabalho, investigou-se a influência da distribuição espacial de catalisadores redox na superfície de eletrodos na eficiência de processos eletrossintéticos por simulações via elementos finitos. Foram testados recobrimentos catalíticos de 0,1 a 100%, considerando distribuições aleatórias e equações associadas à cinética eletroquímica e ao transporte de massa. As simulações, orientadas pela voltametria cíclica, permitiram analisar o comportamento de corrente, potencial e eficiência relativa. Os resultados indicaram que recobrimentos entre 1% e 0.1% apresentam uma eficiência até 70x maior em comparação a um eletrodo completamente recoberto por catalisador, em razão da presença de difusão radial. Entretanto, para recobrimentos muito baixos os gráficos de corrente não foram tão bem definidos, visto que nesses casos a distribuição de catalisador influência muito na reação. Conclui-se que a eficiência eletrocatalítica depende fortemente do recobrimento e da distribuição do catalisador. Recobrimentos próximos de 1% apresentaram melhor desempenho, aliando eficiência e menor consumo de material. As simulações mostraram-se eficazes para projetar reatores e apoiar o desenvolvimento de tecnologias voltadas à transição energética sustentável.
Palavras-chave: eletrocatálise, simulação computacional, transição energética