Um novo método para a produção eficiente de hidrogénio que separa a produção de oxigénio e hidrogénio, desenvolvido por investigadores na Suécia, elimina os riscos de explosão e a necessidade de metais de terras raras, com uma taxa de eficiência de 99 por cento. Esta inovação promete uma integração mais fácil com as energias renováveis e tem um potencial significativo para aplicação comercial.
Cientistas na Suécia desenvolveram um método inovador para gerar energia de hidrogénio com maior eficiência. Este processo separa a água em oxigênio e hidrogênio, eliminando a possibilidade perigosa de combinação dos dois gases.
Desenvolvido no KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo, o novo método desacopla o processo padrão de eletrólise para a produção de gás hidrogênio, que divide as moléculas de água pela aplicação de uma corrente elétrica. Em contraste com os sistemas predominantes, produz os gases resultantes de oxigênio e hidrogênio separadamente, em vez de simultaneamente na mesma célula, onde precisam ser separados por barreiras de membrana.
Essa separação elimina a possibilidade de mistura dos gases com risco de explosões, afirma o pesquisador Esteban Toledo, Ph.D. estudante da KTH que foi coautor do artigo publicado hoje em Avanços da Ciência junto com Joydeep Dutta, professor de física aplicada na KTH. Também elimina a necessidade de metais de terras raras.
Os dois pesquisadores patentearam o sistema e uma empresa, Caplyzer AB, foi formada através da KTH Innovation para dimensionar a tecnologia.
O coautor Esteban Toledo, estudante de doutorado no KTH Royal Institute of Technology, trabalha com o protótipo de separação de água desacoplada em Estocolmo, Suécia. Crédito: David Callahan
Viabilidade Comercial e Eficiência
Dutta diz que a eficiência Faradaic do gás hidrogênio foi de 99 por cento. Os pesquisadores também relatam que os testes de laboratório não mostraram nenhuma degradação aparente dos eletrodos como resultado de testes de longo prazo, o que é importante para aplicações comerciais.
Produzir hidrogênio a partir da água sempre gera oxigênio. Um eletrolisador alcalino típico possui um eletrodo positivo e negativo emparelhados dentro de uma câmara de água alcalina, separados por uma barreira permeável a íons. Quando uma corrente elétrica é aplicada, a água reage no cátodo formando hidrogênio e íons hidróxido carregados negativamente que se difundem através da barreira até o ânodo para produzir oxigênio.
Mas a barreira provoca resistência e se a carga eléctrica flutuar, o risco de uma mistura explosiva entre oxigénio e hidrogénio aumenta.
Toledo diz que a reconceitualização da eletrólise da água prepara o terreno para uma forma mais confiável de produção de energia verde, incorporando fontes intermitentes como solar ou eólica.
“Como não corremos o risco de misturar os gases, podemos operar com uma faixa mais ampla de potência de entrada”, diz ele. “É muito mais fácil combinar energias renováveis que geralmente fornecem energia variável.”
Uma nova forma de produzir gás hidrogênio, de forma simples e segura, foi publicada hoje na Science Advances. Crédito: David Callahan
A produção simultânea de gases é contornada com a substituição de um dos eletrodos por um eletrodo supercapacitivo feito de carbono. Esses eletrodos armazenam e liberam íons alternadamente, separando efetivamente a produção de hidrogênio e oxigênio.
Quando o eletrodo está carregado negativamente e produzindo hidrogênio, o supercapacitor armazena íons hidróxido (OH) ricos em energia. Quando a direção da corrente é trocada, o supercapacitor libera o OH absorvido e o oxigênio é produzido no eletrodo agora positivo.
“Um eletrodo faz a evolução do oxigênio e do hidrogênio”, diz Dutta. “É muito parecido com uma bateria recarregável que produz hidrogênio – carregando e descarregando alternadamente. É tudo uma questão de completar o circuito.”
Referência: “Eletrolisador supercapacitivo desacoplado para divisão de água sem membrana” por Esteban A. Toledo-Carrillo, Mario Garcia-Rodriguez, Lorraine M. Sanchez-Moren e Joydeep Dutta, 6 de março de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adi3180
A pesquisa foi financiada em parte por Vinnova e Åforsk.
