Fazendo hidrogênio com energia solar, com oxigênio e calor um bônus

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

Existem métodos para gerar hidrogênio de forma mais eficiente, porém, em um processo limpo e sustentável. que também produz calor útil e oxigênio como subprodutos. A chave do processo? Sol concentrado.

O hidrogênio é apontado como um combustível limpo do futuro, em virtude do fato de poder ser queimado ou usado para produzir eletricidade com o mínimo ou nenhuma emissão. É apresentado como um potencial combustível para carros, caminhões, trens, aviões e até equipamentos de construção. No entanto, embora o próprio hidrogênio seja limpo, gerá-lo geralmente não é. A corrida para encontrar um método limpo de produção de hidrogênio em escala começou, com pesquisadores investigando tudo, desde nanopartículas até processos pirolíticos avançados. Sempre que você ouve as pessoas falando sobre "hidrogênio verde", é isso que elas querem dizer: hidrogênio produzido sem nenhuma emissão desagradável de efeito estufa.

Com o objetivo de produzir hidrogênio primorosamente limpo. pesquisadores demonstraram uma planta piloto na escala quilowatt usando tecnologia de hidrólise solar, de acordo com um 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 um prato parabólico espelhado de 7 metros de diâmetro, que atua como um concentrador para maximizar a energia solar que chega ao reator. Essa luz não apenas aquece a água, mas também atinge um painel fotovoltaico que fornece energia para acionar a célula de eletrólise PEM, que é o que realmente divide a água em hidrogênio e oxigênio.

A chave para o 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 econômico gerado pelo sistema. O calor residual do sistema é capturado com um trocador de calor onde pode ser usado para uma variedade de propósitos de aquecimento externo. Além disso, o sistema não produz apenas hidrogênio, mas também oxigênio. Embora isso 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 o suficiente para alimentar um único carro a hidrogênio para um europeu acumulando quilometragem anual média. Alternativamente, tal instalação poderia fornecer cerca de metade da demanda elétrica e mais da metade da demanda anual de calor de uma residência suíça média. Realisticamente, porém, 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 hidrogênio para uso em uma fábrica de produção de metal suíça. 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. Essencialmente, é uma página da web repleta de calculadoras que determinam os parâmetros de desempenho de um determinado gerador solar de hidrogênio. Você precisará ser bastante habilidoso com sua engenharia e encontrar uma maneira de obter um eletrolisador PEM eficaz para seu projeto.

Se o hidrogênio se tornar o principal combustível do futuro, os processos solares fotoquímicos para torná-lo eficiente serão fundamentais. Não faz sentido gastar grandes somas de dinheiro para converter o transporte e a indústria para combustível de hidrogênio se o produzirmos de uma maneira que ainda crie emissões de gases de efeito estufa, afinal. Ao mesmo tempo, esta pesquisa mostra que o hidrogênio ainda não é uma solução milagrosa para todos os nossos problemas. Requer engenharia e sutileza significativas para sair mais limpo do que os combustíveis que pretende substituir.