Notícia

Água + Sol = Hidrogênio

Pesquisadores desenvolveram o primeiro sistema do mundo usando energia solar para dividir a água em hidrogênio e oxigênio em dois lugares separados

Divulgação, Technion

Fonte

Technion | Instituto de Tecnologia de Israel

Data

segunda-feira, 20 janeiro 2020 17:25

Áreas

Energia. Sustentabilidade. Tecnologias.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Israel (Technion) desenvolveram um protótipo de sistema para a produção eficiente e segura de hidrogênio usando apenas energia solar.

O estudo, publicado na revista científica Joule, foi conduzido pela estudante de doutorado Avigail Landman, do Programa de Energia do Technion, juntamente com a aluna de mestrado Rawan Halabi, da Faculdade de Ciências e Engenharia de Materiais. O estudo foi conduzido sob a orientação conjunta do professor Dr. Gideon Grader da Faculdade de Engenharia Química e do professor Dr. Avner Rothschild, da Faculdade de Ciências e Engenharia de Materiais, em colaboração com o professor Dr. Adélio Mendes e a Dra. Paula Dias da Universidade do Porto, em Portugal.

O sistema inovador contém um dispositivo solar com células alinhadas, o que permite uma utilização mais eficiente do espectro de luz. Parte da radiação solar é absorvida na camada superior, feita de óxido de ferro semitransparente. A radiação que não é absorvida nessa camada passa por ela e é posteriormente absorvida por uma célula fotovoltaica. Juntas, as duas camadas do sistema fornecem a energia necessária para decompor a água.

Da teoria à aplicação

O sistema inovador é uma continuação da descoberta teórica da equipe de pesquisa do Technion, apresentada em um artigo de março de 2017 na revista científica Nature Materials. Nesse artigo, os pesquisadores introduziram uma mudança paradigmática na produção de hidrogênio: em vez de uma célula de produção onde a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio, os pesquisadores desenvolveram um sistema em que o hidrogênio e o oxigênio são formados em duas células completamente diferentes. Esse desenvolvimento é importante em parte porque a mistura de oxigênio e hidrogênio cria uma interação explosiva e perigosa. Os pesquisadores apresentaram a prova de viabilidade em um sistema de laboratório operado com uma fonte de energia convencional.

No estudo atual, os pesquisadores apresentam a realização da teoria no desenvolvimento aplicado – um protótipo fotoeletroquímico que produz hidrogênio e oxigênio em duas células separadas, usando apenas a luz solar. Como parte do experimento, foram realizadas aproximadamente 80 horas de trabalho, demonstrando a eficiência do sistema sob luz solar natural. O experimento foi conduzido na Faculdade de Engenharia Química do Technion.

Hidrogênio

O hidrogênio é um material muito procurado em muitas áreas. A maior parte do hidrogênio gerado hoje é usado para produzir amônia para a produção de fertilizantes essenciais para a agricultura moderna. Além disso, o hidrogênio é uma das principais fontes alternativas de combustível, especialmente no contexto da propulsão automotiva. Na área de transportes, o hidrogênio tem várias vantagens sobre os combustíveis à base de minerais:

  • pode ser gerado a partir da água usando energia verde, como a energia solar, reduzindo a dependência de combustíveis minerais e a dependência de países ricos em reservas de petróleo;
  • a produção de hidrogênio a partir da água permite o armazenamento de energia renovável, como solar e eólica, que não estão disponíveis todas as horas do dia;
  • Ao contrário dos motores a diesel e gasolina que emitem grandes quantidades de poluição do ar, o único subproduto dos motores a hidrogênio é a água.

Hoje, a maior parte do hidrogênio do mundo é produzida a partir de gás natural. Mas com esse processo vem a emissão de dióxido de carbono (CO2), cujo dano ambiental é bem conhecido. Um método de produção alternativo é a eletrólise – decomposição da água (H2O) em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2). Embora o processo de eletrólise tenha sido descoberto há mais de duzentos anos atrás, poucas tecnologias de eletrólise foram desenvolvidas. Nos últimos anos, com a transição vital para energias alternativas, ficou claro que o processo de eletrólise precisa ser refinado para aplicado nessas fontes de energia.

Nesse cenário, desenvolveu-se o processo fotoeletroquímico, que decompõe a água diretamente usando a radiação da luz solar. Mas aqui também há vários desafios tecnológicos. Por exemplo, a produção de hidrogênio usando o método convencional de eletrólise – a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio na mesma célula de produção – envolve riscos, porque o encontro entre hidrogênio e oxigênio leva a uma explosão. Além disso, em campos solares em larga escala, é muito difícil produzir hidrogênio nessa configuração. Daí a importância do avanço apresentado neste estudo.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Technion (em inglês).

Fonte: Instituto de Tecnologia de Israel. Imagem: Divulgação, Technion.

 

 

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