Conceito futurista avançado de bateria de fluxo líquido
Publicidade

A Califórnia precisa de novas tecnologias para armazenamento de energia à medida que faz a transição para combustíveis renováveis ​​devido às flutuações na energia solar e eólica. Uma equipe de Stanford, liderada por Robert Waymouth, está desenvolvendo um método para armazenar energia em combustíveis líquidos usando transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs), com foco na conversão e armazenamento de energia em isopropanol sem produzir gás hidrogênio. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com

Os cientistas de Stanford estão aprimorando os métodos de armazenamento de combustível líquido desenvolvendo novos sistemas catalíticos para produção de isopropanol para otimizar a retenção e liberação de energia.

À medida que a Califórnia faz a rápida transição para combustíveis renováveis, necessita de novas tecnologias que possam armazenar energia para a rede eléctrica. A energia solar cai à noite e diminui no inverno. A energia eólica diminui e flui. Como resultado, o estado depende fortemente do gás natural para suavizar os altos e baixos da energia renovável.

“A rede elétrica usa energia na mesma proporção que você a gera, e se você não a estiver usando naquele momento e não puder armazená-la, você deve jogá-la fora”, disse Robert Waymouth, o Robert Eckles Swain Professor de Química na Faculdade de Humanidades e Ciências.

Waymouth está liderando uma equipe de Stanford para explorar uma tecnologia emergente para armazenamento de energia renovável: transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs). O hidrogénio já é utilizado como combustível ou como meio de geração de eletricidade, mas contê-lo e transportá-lo é complicado.

Publicidade

“Estamos desenvolvendo uma nova estratégia para conversão seletiva e armazenamento de longo prazo de energia elétrica em combustíveis líquidos”, disse Waymouth, autor sênior de um estudo que detalha este trabalho no Jornal da Sociedade Química Americana. “Também descobrimos um novo sistema catalítico seletivo para armazenar energia elétrica em um combustível líquido sem gerar hidrogênio gasoso.”

Baterias líquidas

As baterias usadas para armazenar eletricidade para a rede – além de baterias de smartphones e veículos elétricos – usam tecnologias de íons de lítio. Devido à escala do armazenamento de energia, os pesquisadores continuam em busca de sistemas que possam complementar essas tecnologias.

Entre os candidatos estão os LOHCs, que podem armazenar e liberar hidrogênio por meio de catalisadores e temperaturas elevadas. Algum dia, os LOHCs poderão funcionar amplamente como “baterias líquidas”, armazenando energia e devolvendo-a de forma eficiente como combustível utilizável ou eletricidade quando necessário.

A equipe de Waymouth estuda isopropanol e acetona como ingredientes em sistemas de armazenamento e liberação de energia de hidrogênio. O isopropanol – ou álcool isopropílico – é uma forma líquida de hidrogénio de alta densidade que pode ser armazenada ou transportada através da infra-estrutura existente até ser altura de a utilizar como combustível numa célula de combustível ou de libertar o hidrogénio para utilização sem emitir dióxido de carbono.

No entanto, os métodos para produzir isopropanol com eletricidade são ineficientes. Dois prótons da água e dois elétrons podem ser convertidos em gás hidrogênio, então um catalisador pode produzir isopropanol a partir desse hidrogênio. “Mas você não quer gás hidrogênio neste processo”, disse Waymouth. “Sua densidade de energia por unidade de volume é baixa. Precisamos de uma maneira de produzir isopropanol diretamente a partir de prótons e elétrons, sem produzir gás hidrogênio.”

Daniel Marron, autor principal deste estudo que concluiu recentemente seu doutorado em química em Stanford, identificou como resolver esse problema. Ele desenvolveu um sistema catalisador para combinar dois prótons e dois elétrons com acetona para gerar o isopropanol LOHC seletivamente, sem gerar gás hidrogênio. Ele fez isso usando irídio como catalisador.

Uma surpresa importante foi que o cobaltoceno era o aditivo mágico. O cobaltoceno, um composto químico de cobalto, um metal não precioso, tem sido usado há muito tempo como um agente redutor simples e é relativamente barato. Os pesquisadores descobriram que o cobaltoceno é extraordinariamente eficiente quando usado como cocatalisador nesta reação, entregando prótons e elétrons diretamente ao catalisador de irídio, em vez de liberar gás hidrogênio, como era esperado anteriormente.

Um futuro fundamental

O cobalto já é um material comum em baterias e muito procurado, por isso a equipa de Stanford espera que a sua nova compreensão das propriedades do cobaltoceno possa ajudar os cientistas a desenvolver outros catalisadores para este processo. Por exemplo, os pesquisadores estão explorando catalisadores de metais terrestres não preciosos mais abundantes, como o ferro, para tornar os futuros sistemas LOHC mais acessíveis e escaláveis.

“Esta é uma ciência básica e fundamental, mas pensamos que temos uma nova estratégia para armazenar energia elétrica em combustíveis líquidos de forma mais seletiva”, disse Waymouth.

Publicidade

À medida que este trabalho evolui, espera-se que os sistemas LOHC possam melhorar o armazenamento de energia para os setores industrial e energético ou para parques solares ou eólicos individuais.

E apesar de todo o trabalho complicado e desafiador nos bastidores, o processo, resumido por Waymouth, é na verdade bastante elegante: “Quando você tem energia em excesso e não há demanda por ela na rede, você a armazena como isopropanol. Quando você precisar de energia, poderá devolvê-la como eletricidade.”

Referência: “Transferência de hidreto catalítico mediada por cobaltoceno: estratégias para hidrogenação eletrocatalítica” por Daniel P. Marron, Conor M. Galvin, Julia M. Dressel e Robert M. Waymouth, 12 de junho de 2024, Jornal da Sociedade Química Americana.
DOI: 10.1021/jacs.4c02177

Coautores adicionais de Stanford são Conor Galvin, PhD ’23, e a estudante de doutorado Julia Dressel. Waymouth também é membro do Stanford Bio-X e do Stanford Cancer Institute, membro do corpo docente do Sarafan ChEM-H e afiliado do Stanford Woods Institute for the Environment.

Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation.



Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.