Tornando o hidrogênio com energia solar, com oxigênio e calor um bônus

O hidrogênio é um gás útil. Quer você queira fazer um dirigível flutuar, abastecer um caminhão ou aquecer um processo industrial, o hidrogênio pode fazer o trabalho. No entanto, produzi-lo é atualmente um problema delicado. Embora possa ser produzido de forma limpa usando energia renovável, muitas vezes é muito mais barato separá-lo dos combustíveis de hidrocarbonetos usando processos que geram poluição significativa.

Existem métodos para gerar hidrogénio de forma mais eficiente, num processo limpo e sustentável. que também produz calor e oxigênio úteis como subprodutos. A chave do processo? Sol concentrado.

O hidrogénio é apontado como um combustível limpo do futuro, pelo facto de poder ser queimado ou utilizado para produzir electricidade com emissões mínimas ou nulas. É apontado como um combustível potencial para carros, caminhões, trens, aviões e até equipamentos de construção. No entanto, embora o hidrogénio em si seja limpo, a sua geração muitas vezes não o é. Começou a corrida para encontrar um método limpo de produção de hidrogénio em escala, com investigadores a investigar tudo, desde nanopartículas a processos pirolíticos avançados. Sempre que ouvimos pessoas a falar de “hidrogénio verde”, é isto que querem dizer: hidrogénio produzido sem quaisquer emissões desagradáveis ​​de gases com efeito de estufa.

Com o objetivo de produzir hidrogênio extremamente limpo. pesquisadores demonstraram uma planta piloto em escala de quilowatts usando tecnologia de hidrólise solar, conforme artigo publicado na Nature. O sistema funciona com água da torneira municipal, que passa por vários filtros de partículas e deionizadores para prepará-la para o reator. Dentro do reator, a água deionizada é aquecida pela luz captada por uma placa espelhada parabólica de 7 metros de diâmetro, que atua como concentrador para maximizar a energia solar que chega ao reator. Essa luz não só aquece a água, mas também atinge um painel fotovoltaico que fornece energia para fazer funcionar a célula de eletrólise PEM, que é o que realmente divide a água em hidrogênio e oxigênio.

A chave do sistema é a dupla finalidade da entrada de energia solar. A ideia mais básica é simplesmente usar a energia solar de um sistema fotovoltaico para alimentar uma célula de eletrólise PEM. Neste caso, porém, a energia solar também é utilizada para aquecer a água, o que melhora drasticamente o desempenho do processo eletroquímico.

Uma abordagem holística também maximiza o valor económico gerado pelo sistema. O calor residual do sistema é capturado por um trocador de calor, onde pode ser usado para diversos fins de aquecimento externo. Além disso, o sistema não produz apenas hidrogênio, mas também oxigênio. Embora não seja diretamente útil como combustível, ainda é útil para uma ampla variedade de aplicações industriais e médicas.

A planta piloto produz cerca de meio quilo de hidrogênio por dia. Isso é suficiente para alimentar um único carro a hidrogénio para um europeu que acumula uma quilometragem anual razoavelmente média. Alternativamente, tal instalação poderia fornecer cerca de metade da procura eléctrica e mais de metade da procura anual de calor de uma residência média suíça. Porém, realisticamente, a energia solar fotovoltaica direta seria muito mais simples neste caso.

Já existem planos para construir um sistema maior, na escala de centenas de quilowatts, que produzirá hidrogénio para utilização numa fábrica suíça de produção de metal. Também fornecerá oxigênio para uso médico e fornecerá água quente para uso na fábrica.

Aliás, se você estiver interessado em projetar seu próprio sistema semelhante, a ajuda está à mão. A École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) lançou a ferramenta Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, ou SPECDO, para abreviar. Essencialmente, é uma página web cheia de calculadoras que determinam os parâmetros de desempenho de um determinado gerador solar de hidrogênio. Porém, você precisará ser muito habilidoso com sua engenharia e encontrar uma maneira de obter um eletrolisador PEM eficaz para seu projeto.

Se o hidrogénio se tornar o combustível principal do futuro, os processos fotoquímicos solares para o tornar eficiente serão fundamentais. Não faz sentido gastar enormes somas de dinheiro para converter os transportes e a indústria em combustível de hidrogénio se o produzirmos de uma forma que ainda cria emissões de gases com efeito de estufa, afinal de contas. Ao mesmo tempo, esta investigação mostra que o hidrogénio ainda não é uma solução mágica para todos os nossos problemas. Requer engenharia e sutileza significativas para sair mais limpo do que os combustíveis que pretende substituir.