Meio ambiente Reator torna captura direta de CO2 mais eficiente e mais flexível

 Fonte: inovacaotecnologica.com.br

                             Esquema da tecnologia e protótipo em escala de laboratório.

                                                                               Smart home products

Captura direta de ar

Embora ainda esteja em escala de laboratório, um novo reator eletroquímico promete reduzir drasticamente o consumo de energia para a captura direta de ar, a remoção de dióxido de carbono (CO2) diretamente da atmosfera.

O que mais entusiasmou no pequeno protótipo foram as taxas de captura e regeneração de dióxido de carbono, que foram elevadas tanto a partir do ar quanto a partir de soluções contendo carbono. Foram taxas industrialmente relevantes, ou seja, as métricas de desempenho da tecnologia, incluindo a estabilidade de longo prazo e a adaptabilidade a diferentes reações de cátodo e ânodo, mostram potencial para ampliação do equipamento com vistas ao seu uso industrial em larga escala.

"As descobertas da nossa pesquisa apresentam uma oportunidade de tornar a captura de carbono mais econômica e viável na prática em uma ampla gama de indústrias," disse o professor Haotian Wang, da Universidade Rice, nos EUA.

Embora largamente aclamada como um caminho para lidar com as mudanças climáticas, a captura direta de CO2 ainda apresenta seus desafios, envolvendo sobretudo os custos de armazenar o carbono capturado. A nova tecnologia ajuda a minimizar isto também fornecendo uma fonte adicional de receita: A produção de hidrogênio.

"A coprodução de hidrogênio durante a captura direta de ar pode se traduzir em custos de capital e operação dramaticamente menores para a fabricação a jusante de combustíveis ou produtos químicos de emissão zero," disse Wang, acrescentando outro benefício da tecnologia: A flexibilidade, já que o método funciona com diferentes químicas.

Estrutura e princípio de funcionamento do eletrolisador.
[Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/s41560-024-01654-z]

Eletricidade em vez de calor

A nova tecnologia oferece uma alternativa ao uso de altas temperaturas nos processos de captura direta de ar, que frequentemente envolvem a passagem de um fluxo de gás misto por líquidos de pH elevado para filtrar o dióxido de carbono, que é um gás ácido.

Esta primeira etapa do processo amarra os átomos de carbono e oxigênio nas moléculas do ar a outros compostos em um líquido, formando novas ligações com vários graus de força, dependendo do tipo de produto químico usado para capturar o dióxido de carbono. A etapa seguinte no processo envolve a recuperação do dióxido de carbono dessas soluções, o que pode ser feito usando calor, reações químicas ou processos eletroquímicos.

"Nosso trabalho se concentrou em usar energia elétrica, em vez de energia térmica, para regenerar o dióxido de carbono," detalhou o pesquisador Zhiwei Fang, acrescentando que a abordagem tem vários benefícios adicionais, incluindo funcionar em temperatura ambiente, não necessitar de produtos químicos adicionais e não gerar subprodutos indesejados.

O novo processo tem grande potencial porque é mais flexível, reduz os custos e consome muito menos energia.
[Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/s41560-024-01654-z]

Mais verde e solta o CO2 mais facilmente

Outra vantagem é que o novo método evita os químicos problemáticos tipicamente usados para aprisionar o dióxido de carbono, que têm diferentes compensações de vantagens e desvantagens.

Os sorventes à base de amina são os mais usados, em parte porque tendem a formar ligações mais fracas, o que significa que menos energia é necessária para retirar o CO2 da solução. No entanto, eles são altamente tóxicos e instáveis. Soluções básicas à base de água, usando sorventes como hidróxido de sódio e hidróxido de potássio, são uma alternativa mais ecológica, mas elas exigem temperaturas muito mais altas para liberar o CO2 de volta.

"Nosso reator pode dividir eficientemente soluções de carbonato e bicarbonato, produzindo absorvente alcalino em uma câmara e dióxido de carbono de alta pureza em uma câmara separada," disse Wang. "Nossa abordagem inovadora otimiza entradas elétricas para controlar de modo eficiente o movimento de íons e a transferência de massa, reduzindo as barreiras de energia."

Bibliografia:

Artigo: Electrochemical regeneration of high-purity CO2 from (bi)carbonates in a porous solid electrolyte reactor for efficient carbon capture
Autores: Xiao Zhang, Zhiwei Fang, Peng Zhu, Yang Xia, Haotian Wang
Revista: Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-024-01654-z

Sylvia Anjos ignora biodiversidade de recife amazônico e diminui papel dos combustíveis fósseis no aquecimento global

Fonte: Observatório do Clima

 No dia 24 de outubro, a diretora executiva de Exploração e Produção da Petrobras, Sylvia Anjos, aproveitou seu título de autoridade para fazer um discurso em defesa da exploração de novos blocos de petróleo no Brasil, principalmente na Foz do Amazonas, que faz parte da Margem Equatorial. O caso ocorreu durante uma aula aberta na Coppe, instituto de pós-graduação em engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

A executiva não foi questionada em nenhum momento pelos pesquisadores da Coppe, um dos mais respeitados centros científicos da América Latina. No entanto, nós checamos algumas declarações. As checagens foram publicadas no Fakebook e na Central da COP, iniciativas do Observatório do Clima.

Sylvia Anjos afirmou que não existe coral na Foz do Amazonas, o que chamou de uma "fake news" científica. Segundo ela, seriam apenas rochas antigas. Mas não é bem assim. Já existem pesquisas científicas que mostram que a formação recifal tem organismos vivos e está em crescimento. O ecossistema é formado por rodolitos, bancos de algas carbonáticas também encontrados em outras regiões do Atlântico Sul, como Abrolhos, na Bahia. A área desempenha um papel importante na reprodução e alimentação de espécies de peixes comercializadas.

E não para por aí. Para absolver os combustíveis fósseis, a diretora disse que os principais fatores para o aquecimento global atual são a radiação solar e a posição da Terra. Na verdade, observações de satélites da Nasa mostram que, nos últimos 40 anos, a radiação solar diminuiu ligeiramente. Já as atuais posições orbitais da Terra estariam promovendo um resfriamento gradual, se não fosse a quantidade de gases de efeito estufa que estamos lançando na atmosfera. Desde 1750, o aquecimento causado pelos gases emitidos pela queima de combustíveis fósseis é mais de 50 vezes maior do que o leve aquecimento solar registrado no mesmo período.

Em seguida, ela afirmou que grande parte das emissões brasileiras não vem do petróleo. É fato que, no Brasil, as emissões líderes são as de desmatamento. Mas você sabia que o Brasil é o nono maior produtor de petróleo do mundo e exporta grande parte do que é produzido? Isso significa que as emissões do petróleo exportado não são contabilizadas no inventário brasileiro, mas contribuem igualmente para o aquecimento global.

Sylvia Anjos também disse que é possível conter as mudanças climáticas mantendo a dependência fóssil. Desde 2021, a Agência Internacional de Energia afirma que, para barrar o aquecimento global, nenhum novo projeto de combustíveis fósseis deve ser autorizado. O IPCC, Painel do Clima da ONU, também destaca a necessidade de uma transição energética. Leia as checagens completas aqui.

Foto: Tomaz Silva/Agência Brasil

Hidrogênio limpo é feito de resíduos agrícolas com energia solar

Fonte: inovacaotecnologica.com,br

O hidrogênio verde, ou hidrogênio solar, é uma das maiores esperanças para limpar nossa matriz energética. [Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Uma nova técnica permite produzir hidrogênio a partir da água, utilizando apenas energia solar e resíduos agrícolas, como estrume ou cascas de frutas.

O hidrogênio como combustível representa uma das fontes mais promissoras de energia limpa, mas hoje a produção do gás puro é um processo caro e que, na maioria dos casos, usa carvão ou gás natural como matéria-prima, além de grandes quantidades de eletricidade. Por isso, pesquisadores de todo o mundo estão em busca de técnicas para produzir "hidrogênio verde".

O novo método reduz em 600% a energia necessária para extrair hidrogênio da água, criando novas oportunidades para a produção química sustentável e climaticamente amigável.

A matéria-prima é uma substância rica em carbono, chamada biocarvão, que diminui a quantidade de eletricidade necessária para quebrar as moléculas de água. Se a eletricidade vier de fontes de energia renováveis, como a energia solar ou eólica, e capturar subprodutos para outros usos, o processo pode reduzir as emissões de gases com efeito estufa para zero.

"Somos o primeiro grupo a mostrar que é possível produzir hidrogênio utilizando biomassa em uma fração de volt," disse o professor Meenesh Singh, da Universidade de Illinois em Chicago, nos EUA, cuja equipe é especialista em folhas artificiais. "Esta é uma tecnologia transformadora."

A equipe testou vários tipos de biocarvão, feitos com diferentes materiais agrícolas de descarte.[Imagem: Jenny Fontaine/UIC]

Biocarvão para produzir hidrogênio

A eletrólise, o processo de divisão da água em hidrogênio e oxigênio, exige uma corrente elétrica. Recentemente, cientistas diminuíram a voltagem necessária para a divisão da água, introduzindo uma fonte de carbono na reação. Mas esse processo também utiliza carvão ou produtos químicos caros e libera dióxido de carbono como subproduto.

O pesquisador Nishithan Kani modificou esse processo para usar biomassa de resíduos agrícolas e industriais comuns. Ao misturar ácido sulfúrico com resíduos agrícolas, resíduos animais ou esgotos, ele criou uma substância semelhante a uma pasta, chamada biocarvão, que é rica em carbono.

Ele testou diferentes tipos de biocarvão, feito de bagaço de cana-de-açúcar, resíduos de cânhamo, resíduos de papel e esterco de vaca. Quando adicionadas à câmara de eletrólise, todas as cinco variedades de biocarvão reduziram a energia necessária para extrair hidrogênio da água.

O melhor desempenho foi alcançado pelo biocarvão de esterco de vaca, que diminuiu a necessidade elétrica em seis vezes, operando com cerca de 0,2 volt. Os requisitos de energia ficaram tão baixos que os pesquisadores conseguiram alimentar a reação com uma célula solar de silício padrão, gerando cerca de 15 miliamperes de corrente a 0,5 volt. Isso é menos do que a quantidade de energia produzida por uma pilha AA.

"É muito eficiente, com quase 35% de conversão do biocarvão e da energia solar em hidrogênio," disse Rohit Chauhan, membro da equipe. "Estes números são recordes mundiais; é o mais alto que alguém já demonstrou."

O próximo passo será passar do laboratório para a escala industrial.

[Imagem: Jenny Fontaine/UIC]

Emissão zero

Para tornar o processo de emissão zero, será necessário capturar o dióxido de carbono gerado pela reação. Mas a equipe afirma que isto também poderá trazer benefícios ambientais e econômicos, como a produção de dióxido de carbono puro para carbonatar bebidas, ou a sua conversão em etileno e outros produtos químicos utilizados na produção de plástico.

"Isso não apenas diversifica a utilização de biorresíduos, mas também permite a produção limpa de diferentes produtos químicos além do hidrogênio," disse Kani. "Esta forma barata de produzir hidrogênio poderia permitir que os agricultores se tornassem autossustentáveis para as suas necessidades energéticas ou criassem novos fluxos de receitas."

A pesquisa já atraiu a atenção de uma indústria, a Orochem Technologies, que agora irá financiar o desenvolvimento da técnica para que ela possa funcionar em escala industrial.

Bibliografia:

Artigo: Sub-volt conversion of activated biochar and water for H2 production near equilibrium via biochar-assisted water electrolysis
Autores: Nishithan C. Kani, Rohit Chauhan, Samuel A. Olusegun, Ishwar Sharan, Anag Katiyar, David W. House, Sang-Won Lee, Alena Jairamsingh, Rajan R. Bhawnani, Dongjin Choi, Adam C. Nielander, Thomas F. Jaramillo, Hae-Seok Lee, Anil Oroskar, Vimal C. Srivastava, Shishir Sinha, Joseph A. Gauthier, Meenesh R. Singh
Revista: Cell Reports Physical Science
Vol.: 5, Issue 6, 102013
DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102013

 

Avanço revolucionário na fabricação de células fotovoltaicas

Fonte: inovacaotecnologica,com,br

Estruturas das interconexões 3D das microcélulas solares.

[Imagem: Mathieu de Lafontaine et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101701]

Microcélulas solares

Embora as células solares sejam fabricadas há décadas usando a mesma tecnologia da microeletrônica do silício - e esta é uma das razões pelas quais os painéis solares são tão caros - esses componentes fotovoltaicos nunca se beneficiaram da miniaturização que comanda o desenvolvimento dos transistores, por exemplo.

Isso, até agora, graças ao trabalho de uma equipe internacional que finalmente conseguiu fabricar células solares em dimensões micrométricas - lembre-se que os transistores já estão rompendo a barreira inferior da escala nanométrica.

Na verdade, microcélulas solares já existem há anos, mas como unidades individuais, ainda não sendo práticas para montagem em grandes matrizes em painéis solares.

Agora, os pesquisadores conseguiram refazer as conexões das células solares levando os eletrodos para a parte traseira do próprio componente semicondutor fotovoltaico, o que viabiliza sua fabricação em larga escala.

As microcélulas solares, com dimensões equivalentes a apenas duas vezes a espessura de um fio de cabelo, apresentam vantagens significativas sobre as tecnologias solares convencionais, reduzindo o sombreamento induzido pelos eletrodos em 95% e reduzindo os custos de produção de energia em até três vezes.

A técnica de interconexão 3D terá aplicações em várias outras áreas.

[Imagem: Mathieu de Lafontaine et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101701]

Grandes ganhos

As interconexões 3D, feitas pela parte traseira do circuito, permitiram um aumento de 6 vezes no uso da área de cada pastilha de silício, além de uma redução da área do dispositivo em até 3 ordens de grandeza.

"Este avanço tecnológico promete benefícios significativos para a sociedade. Células solares mais baratas e mais potentes ajudarão a acelerar a mudança energética. Baterias nucleares leves facilitarão a exploração espacial e a miniaturização de dispositivos contribuirá para o crescimento da internet das coisas e levará a computadores e celulares mais poderosos," disse Mathieu de Lafontaine, da Universidade de Ottawa, no Canadá.

Bibliografia:

Artigo: 3D interconnects for III-V semiconductor heterostructures for miniaturized power devices
Autores: Mathieu de Lafontaine, Thomas Bidaud, Guillaume Gay, Erwine Pargon, Camille Petit-Etienne, Artur Turala, Romain Stricher, Serge Ecoffey, Maïté Volatier, Abdelatif Jaouad, Christopher E. Valdivia, Karin Hinzer, Simon Fafard, Vincent Aimez, Maxime Darnon
Revista: Cell Reports Physical Science
Vol.: 101701
DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101701

 

Bateria nuclear brasileira poderá durar 200 anos

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Bateria atômica de amerício

Enquanto uma empresa chinesa anunciava uma bateria nuclear com duração de 50 anos, pesquisadores brasileiros divulgaram seu próprio feito, mostrando uma bateria que poderá durar quatro vezes mais.

A bateria nuclear brasileira está sendo desenvolvida por uma equipe do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), em São Paulo (SP).

Enquanto a bateria chinesa é baseada no isótopo radioativo níquel-63 (63Ni), que tem meia-vida de 100,1 anos, a bateria nuclear brasileira usa o isótopo amerício-241 (241Am), que tem meia-vida de 432 anos.

Meia-vida é o período de tempo necessário para que metade de uma dada quantidade de um radioisótopo transforme-se em outro elemento devido à emissão de uma partícula. Assim, a bateria nuclear baseada em amerício-241 tem potencial para continuar fornecendo pelo menos metade de sua carga original por mais de dois séculos.

Diversos radionuclídeos têm sido utilizados no desenvolvimento de baterias nucleares, dependendo do tempo de duração da carga e potência desejados. Entre os mais utilizados estão o estrôncio-90, plutônio-238 e o próprio amerício-241, que são materiais obtidos por meio do reprocessamento de combustível nuclear utilizado em reatores.

Essa etapa do ciclo do combustível nuclear não é realizada no país, mas o IPEN possui o material como rejeito radioativo, o que o torna particularmente interessante para uma aplicação de longa duração - o amerício-241 tem diversos usos, como nos medidores de densidade do combustível dos aviões.

Medições do rendimento do protótipo da bateria nuclear brasileira - o dispositivo quadrado cinza dentro da câmara amarela, à direita.

[Imagem: E.R. Paiva/IPEN-CNEN]

Fraca por falta de combustível

No protótipo da bateria nuclear foram usadas 11 fontes de amerício-241, com cerca de 2,9 Curies (Ci). O calor gerado pelo decaimento radioativo é então passado para um material termoelétrico, o qual transforma um diferencial de temperatura em eletricidade.

Em razão da limitação da quantidade de material radioativo disponível para a construção do protótipo, o aumento de temperatura gerado pela bateria é pequeno, de cerca de 6 ºC. Em conjunto com o material termoelétrico utilizado pela equipe, a bateria gera uma tensão elétrica de apenas 20 milivolt.

Apesar do baixo rendimento, o protótipo serviu para demonstrar a viabilidade do conceito. Segundo a pesquisadora Maria Alice Ribeiro, com materiais de maior atividade será possível construir uma bateria com capacidade suficiente para energizar sensores e pequenos dispositivos da internet das coisas - por exemplo, cita ela, uma estação meteorológica remota.

A equipe agora está lidando com os trâmites legais para viabilizar o licenciamento das baterias nucleares e regulamentar seu uso.

 

Descoberta de hidrogênio subterrâneo cria novo boom de mineração no mundo

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Os geólogos estavam estudando o metano, mas se depararam com um depósito gigantesco de hidrogênio puro.

[Imagem: CNRS]

Hidrogênio dourado

No início deste ano, a equipe dos professores Jacques Pironon e Phillipe De Donato, da Universidade de Lorraine, na França, estava à procura de metano na região tipicamente mineradora onde fica a universidade quando sua equipe fez uma descoberta inesperada: A cerca de 3.000 metros de profundidade, eles encontraram um grande depósito de hidrogênio.

"É o que chamamos de sorte," disse Pironon.

Não muito tempo atrás, tal descoberta teria despertado apenas o interesse acadêmico mas, hoje, ela está gerando um frenesi.

Isso porque muitos acreditam que o hidrogênio será um combustível essencial por poder levar a economia global a zerar suas emissões de gases poluentes, uma vez que o hidrogênio não produz CO2 quando utilizado como combustível ou em processos industriais.

Mas a grande desvantagem do hidrogênio é que, neste momento, a maioria das formas de produção do gás não são nada verdes: De acordo com o Carbon Trust, menos de 1% da atual produção global de hidrogênio é livre de emissões.

Cores do hidrogênio

O hidrogênio hoje é catalogado por cores de acordo com sua origem e as emissões de gases de efeito estufa que o processo gera.

Existe o hidrogênio cinza, produzido pela divisão do metano em dióxido de carbono e hidrogênio (H2); o hidrogênio azul é produzido da mesma forma, mas o CO2 produzido é capturado e armazenado. O hidrogênio negro é produzido pela queima parcial do carvão.

Já o hidrogênio verde - este raro 1% - é criado através da eletrólise da água em oxigênio e hidrogênio. Mas o hidrogênio verde é relativamente caro e escasso, então qualquer outro tipo de fornecimento do gás sem emissões seria bem-vindo.

Conhecidos como hidrogênio branco, hidrogênio natural, hidrogênio dourado ou hidrogênio geológico, os depósitos naturais podem ser uma fonte importante do gás. Os geólogos acreditam que essas reservas naturais de hidrogênio são geradas de várias maneiras, mas o processo principal envolve a interação da água subterrânea com minerais ricos em ferro, como a olivina. Isso faz com que as moléculas da água sejam divididas, com o oxigênio ligando-se ao ferro, e o hidrogênio ficando livre para se acumular.

A grande aposta dos cientistas até agora tem-se concentrado na produção de hidrogênio verde usando energia solar.

[Imagem: Valentin Marquardt/University of Tübingen]

Depósitos de hidrogênio geológico

A descoberta dos pesquisadores franceses não representa a primeira vez em que hidrogênio natural foi encontrado - já existe um pequeno poço em Bourakébougou, no oeste do Mali, e acredita-se também que existam grandes depósitos nos EUA, Austrália, Rússia e vários países europeus.

Acredita-se, no entanto, que a descoberta na França represente o maior depósito natural do gás já encontrado. O professor Pironon estima que possam existir 250 milhões de toneladas de hidrogênio na bacia de Lorraine, o suficiente para cobrir a atual procura global por mais de dois anos.

E deve haver muitos outros depósitos de hidrogênio a serem descobertos em todo o mundo - o Serviço Geológico dos EUA (USGS) estima milhares ou talvez bilhões de megatoneladas. Mas nem tudo isto será facilmente explorável. "Este é o modelo global, e a grande maioria será inacessível - profundo demais ou longe demais do litoral, ou em acumulações que são muito pequenas para que o seu acesso se torne algum dia economicamente viável," explicou Geoffrey Ellis, geólogo do USGS que modelou a quantidade de hidrogênio geológico.

Mas o USGS estima que existam provavelmente cerca de 100.000 megatoneladas de hidrogênio acessível à mineração - e isso poderá representar centenas de anos de fornecimento. As técnicas para extraí-lo, disse Ellis, "deveriam ser semelhantes às do gás natural. A tecnologia já existe".

Centenas de caminhões a hidrogênio já rodam nas estradas europeias.

[Imagem: H2Accelerate]

Mineração do hidrogênio

Embora a unidade de Bourakébougou, no Mali, seja atualmente a única instalação que produza comercialmente hidrogênio branco - ela só extrai cerca de cinco toneladas por ano - há movimentos para explorar as reservas de forma mais ampla.

No início deste ano, a empresa de investimento Breakthrough Energy Ventures, de Bill Gates, investiu US$ 91 milhões (R$ 450 milhões) na start-up norte-americana Koloma, que pretende explorar reservas de hidrogênio branco nos EUA. Já a empresa de prospecção Getech está à procura de potenciais depósitos em Marrocos, Moçambique, África do Sul e Togo.

Uma área importante é o sul da Austrália, que em 2021 adicionou o hidrogênio à lista de substâncias regulamentadas permitidas para exploração sob a Lei do Petróleo e Geotérmica de 2000, abrindo caminho para a exploração. "Desde fevereiro de 2021, seis empresas diferentes solicitaram e obtiveram 18 licenças de exploração de hidrogênio dourado," disse Suren Thurairajah, sócio da Deloitte Austrália. "A área licenciada é de 570.000 quilômetros quadrados, o que representa 32% do sul da Austrália."

Mais recentemente, uma empresa chamada Gold Hydrogen anunciou a descoberta de um grande campo de hidrogênio natural na região, que espera colocar em produção no próximo ano ou no ano seguinte.

Até agora, os principais investidores no setor da energia permanecem contidos. "Acho que as grandes empresas de petróleo estão muito interessadas, mas atualmente estão observando lateralmente, assumindo uma postura de esperar para ver. Estão deixando as start-ups assumirem o risco - pelo menos neste ponto, este é um empreendimento altamente arriscado," disse Ellis. "Assim que tivermos mais dados de produção de alguns destes poços, certamente veremos as principais empresas de petróleo e gás se movendo nesta direção."

Um dos problemas para a tão esperada Economia do Hidrogênio é que atualmente há falta de mercado para o hidrogênio nos EUA, reduzindo o incentivo à exploração. De acordo com o grupo industrial Hydrogen Council, a Europa é líder global em propostas de projetos de hidrogênio, representando 35% dos investimentos globais, com a América Latina e a América do Norte representando cada uma cerca de 15% dos investimentos.

"Portanto, há uma espécie de problema do ovo e da galinha: os mercados não se desenvolvem realmente até verem a oferta, e a oferta não será realmente desenvolvida até que se veja o mercado," disse Ellis. "Acho que tem a ver com o quanto esforço colocamos. Se realmente decidirmos que isso é algo que precisamos resolver rapidamente, acho que poderia acontecer".

Bibliografia:

Artigo: The Lorraine carboniferous basin (France) as a new target of regional gas resource for the energy transition strategy?
Autores: S. Allouti, R. Michels, F. Malartre, M. Mombo Mouketo, Y. Géraud, F. Nassif, J. Pironon, P. De Donato
Revista: Proceedings of th 31st International Meeting on Organic Geochemistry
Link: https://cnrs.hal.science/hal-04258793/

 

Hidrogênio verde gerado com energia solar mais próximo da realidade

Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br

A célula fotoeletroquímica no simulador solar. A área retangular cinza com moldura preta é a célula solar fotoeletroquímica.

[Imagem: Valentin Marquardt/University of Tübingen]

Hidrogênio solar

Pesquisadores alemães apresentaram um novo tipo de célula solar, com uma eficiência notavelmente alta, que permite a produção local de hidrogênio.

Ao contrário de outras demonstrações de produção de hidrogênio solar e fotossíntese artificial, esta nova célula fotoeletroquímica tem potencial para alcançar a escala industrial.

Quando o hidrogênio é produzido a partir da água através de eletrólise utilizando energia renovável ele é conhecido como "hidrogênio verde", devido à sua produção ser ambientalmente amigável. Na divisão da água por energia solar, mais conhecida como fotossíntese artificial, o hidrogênio é produzido usando a energia do Sol.

A diferença aqui é que a célula solar é parte integrante de um dispositivo fotoeletroquímico e trabalha diretamente com os catalisadores de quebra da molécula de água. Isso significa que não é necessário utilizar um circuito externo adicional, como num painel solar fotovoltaico.

"Entre os pesquisadores da área, alcançar a fotoeletroquímica estável e eficiente ou a divisão direta da água é uma espécie de Santo Graal," disse o professor Matthias May, da Universidade de Tubingen, cuja equipe vem batendo recordes seguidos de eficiência na fotossíntese artificial nos últimos anos.

Embora tudo ainda esteja em escala de laboratório, não há empecilhos técnicos para a fabricação da célula em larga escala.

[Imagem: Erica A. Schmitt et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101606]

Célula solar fotoeletroquímica

A característica especial da estrutura da célula solar está no alto grau de controle alcançado pela equipe nas interfaces entre os diferentes materiais. As estruturas superficiais são produzidas em escala de alguns nanômetros, evitando os pequenos defeitos cristalinos que ocorrem durante o crescimento das camadas das células solares tradicionais. Esses defeitos alteram a estrutura eletrônica, reduzindo tanto a eficiência quanto a estabilidade do sistema.

"No geral, porém, a corrosão - e, portanto, a estabilidade a longo prazo da célula solar na água - ainda é o maior desafio. Neste aspecto, fizemos agora grandes progressos em comparação com o nosso trabalho anterior," disse o professor May.

A taxa de eficiência da célula indica a porcentagem da energia da luz solar que é convertida em energia utilizável de hidrogênio (valor calorífico). Este novo protótipo alcançou uma eficiência de 18%, o segundo valor mais alto já medido para a divisão direta da água usando energia solar. As primeiras eficiências significativas para divisão solar de água foram apresentadas em 1998 pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA, com 12%. Só em 2015 a equipe do professor May conseguiu um avanço para 14% de eficiência, e, em 2018 a equipe superou os 19% de eficiência, mas ainda sem as otimizações de durabilidade alcançadas agora.

"O que desenvolvemos aqui é uma tecnologia para produção de hidrogênio solar que não requer uma ligação de alto desempenho à rede elétrica. Isto significa que também são concebíveis soluções autônomas permanentes e menores para o fornecimento de energia," disse a pesquisadora Erica Schmitt, responsável pelos avanços obtidos agora.

Bibliografia:

Artigo: Photoelectrochemical Schlenk cell functionalization of multi-junction water-splitting photoelec-trodes
Autores: Erica A. Schmitt, Margot Guidat, Max Nusshor, Anna-Lena Renz, Kristof Moller, Marco Flieg, Daniel Lorch, Moritz Kolbach, Matthias M. May
Revista: Cell Reports Physical Science
Vol.: 101606
DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101606