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sexta-feira, 3 de junho de 2022

 

Hidrogênio é produzido dividindo água com luz, em vez de eletricidade

Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br





Modelos estruturais dos dois aglomerados que permitem a divisão da água em O2 e H2 por meio da energia luminosa.
[Imagem: Samar Batool et al. - 10.1021/acscatal.2c00972]


Separação fotocatalítica da água

O hidrogênio é um combustível limpo por excelência, podendo gerar diretamente eletricidade em células a combustível ou ser simplesmente queimado - sempre liberando apenas água como subproduto.

O problema é que a maior parte do hidrogênio hoje é produzido pela reforma do gás natural, deixando pegadas bem sujas atrás de si. 

O hidrogênio solar e a fotossíntese artificial estão a caminho, ambas usando energia solar para fazer eletrólise da água, mas ainda não conseguem suprir nossas enormes demandas energéticas.

Agora, uma nova rota para obter o hidrogênio verde acaba de ser criada pelas equipes dos professores Alexey Cherevan e Dominik Eder, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria.

O novo processo chama-se "separação fotocatalítica da água". O termo "foto" aponta para o uso de luz - e pode ser a luz do Sol - para ativar catalisadores de baixo custo que quebram as moléculas de água, separando-as em hidrogênio e oxigênio.

Embora tudo tenha sido demonstrado apenas em escala laboratorial, a equipe não vê entraves fundamentais para que a tecnologia seja escalonada para operar em larga escala.

Com o processo compreendido em detalhes, o trabalho agora se concentrará em aumentar a escala da produção de hidrogênio.
[Imagem: Sreejith P. Nandan et al. - 10.1021/acsmaterialsau.2c00025]

Rota do oxigênio e rota do hidrogênio

"Na verdade, para poder dividir a água usando luz, você precisa resolver duas tarefas ao mesmo tempo," explica o professor Cherevan. "Temos que pensar no oxigênio e no hidrogênio. Os átomos de oxigênio da água devem ser transformados em moléculas de O2, e os íons de hidrogênio restantes - que são apenas prótons - devem ser transformados em moléculas de H2."

A solução encontrada pela equipe faz as duas coisas: Nanopartículas inorgânicas, formadas por apenas alguns átomos, são ancoradas em uma superfície de suporte contendo materiais absorvedores de luz, como o óxido de titânio.

O grande feito da equipe foi pacientemente obter a combinação precisa desses aglomerados e dos suportes semicondutores para obter exatamente o comportamento desejado: Entra água e luz e saem moléculas de oxigênio e hidrogênio. As nanopartículas responsáveis pela oxidação do oxigênio são compostas de cobalto, tungstênio e oxigênio, enquanto nanopartículas de enxofre e molibdênio mostraram-se especialmente adequadas para a criação de moléculas de hidrogênio.

"O óxido de titânio é sensível à luz, isso já era bem conhecido," disse Cherevan. "A energia da luz absorvida leva à criação de elétrons livres e cargas positivas livres no óxido de titânio. Essas cargas então permitem que os aglomerados de átomos assentados nesta superfície facilitem a divisão da água em oxigênio e hidrogênio."

Agora que foi comprovado que os materiais selecionados são realmente adequados para dividir a água, o próximo passo será ajustar ainda mais a estrutura exata para obter eficiências ainda maiores.

A longo prazo, segundo a equipe, o processo que eles desenvolveram também poderá vir a ser usado para produzir moléculas mais complicadas usando o conceito de fotossíntese artificial. Pode até ser possível usar a energia da radiação solar para produzir hidrocarbonetos usando dióxido de carbono da atmosfera e água, que podem ser usados para outras aplicações.

Bibliografia:

Artigo: Surface Anchoring and Active Sites of [Mo3S13]2- Clusters as Co-Catalysts for Photocatalytic Hydrogen Evolution
Autores: Samar Batool, Sreejith P. Nandan, Stephen Nagaraju Myakala, Ashwene Rajagopal, Jasmin S. Schubert, Pablo Ayala, Shaghayegh Naghdi, Hikaru Saito, Johannes Bernardi, Carsten Streb, Alexey Cherevan, Dominik Eder
Revista: Catalysis
DOI: 10.1021/acscatal.2c00972

Artigo: Immobilization of a [CoIIICoII(H2O)W11O39]7- Polyoxoanion for the Photocatalytic Oxygen Evolution Reaction
Autores: Sreejith P. Nandan, Nadiia I. Gumerova, Jasmin S. Schubert, Hikaru Saito, Annette Rompel, Alexey Cherevan, Dominik Eder
Revista: Catalysis
DOI: 10.1021/acsmaterialsau.2c00025

sábado, 28 de maio de 2022

 

Célula solar quebra recorde mundial de eficiência em luz natural



Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br




Nova célula solar bateu recorde sob iluminação normal.
[Imagem: Wayne Hicks/NREL]


Recorde célula solar sob 1 sol

Pesquisadores criaram uma célula solar com uma eficiência recorde de 39,5% sob iluminação de 1 sol.

Esta é a célula solar de maior eficiência de qualquer tipo quando a eficiência é medida usando condições ambientais (1 sol) - existem vários recordes maiores, mas sempre usando iluminação artificialmente concentrada por lentes.

"A nova célula é mais eficiente e tem um design mais simples que pode ser útil para uma variedade de novas aplicações, como aplicações de área restrita ou aplicações espaciais de baixa radiação," disse Myles Steiner, do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA.

A célula é baseada em uma arquitetura conhecida como multijunção metamórfica invertida (IMM: Inverted Metamorphic Multijunction), feita com os chamados materiais III-V, semicondutores usados para fabricar componentes que transformam eletricidade em luz (LEDs) e vice-versa (células solares). O recorde anterior nessa classe era de 37,9%, batido em 2013 pela empresa japonesa Sharp.

Célula solar de poço quântico

A melhoria na eficiência deveu-se ao progresso no campo dos chamados "poços quânticos", que envolve várias camadas muito finas para modificar as propriedades das células solares. Cada camada é feita de um material talhado para capturar e utilizar uma parte diferente do espectro solar.

A junção superior é feita de fosfeto de gálio e índio (GaInP), a do meio de arseneto de gálio (GaAs) com poços quânticos e a parte inferior é feita de arseneto de gálio-índio (GaInAs).

"Um elemento-chave é que, embora o GaAs seja um excelente material e geralmente usado em células multijunção III-V, ele não possui o bandgap correto para uma célula de três junções, o que significa que o equilíbrio de fotocorrentes entre as três células não é ideal," detalhou o pesquisador Ryan France. "Aqui, modificamos o bandgap, mantendo excelente qualidade do material usando poços quânticos, o que permitiu construir este dispositivo e potencialmente outras aplicações".



A tecnologia de tripla junção recebeu um incremento com os pontos quânticos.
[Imagem: Ryan M. France et al. - 10.1016/j.joule.2022.04.024]


Aplicações especializadas

As células solares III-V são conhecidas por sua alta eficiência, mas o processo de sua fabricação é tradicionalmente caro. Por isso, até agora, elas têm sido usadas em aplicações como satélites espaciais, veículos aéreos não tripulados e outros usos onde o custo não é um fator limitador.

Bibliografia:

Artigo: Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices
Autores: Ryan M. France, John F. Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young, Alan Kibbler
Revista: Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.024

domingo, 22 de maio de 2022

 

Energia fotovoltaica que funciona à noite é possível com diodo termorradiativo

Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br



A conversão da radiação infravermelha em eletricidade inaugura o campo da energia solar noturna.[Imagem: UNSW Sydney]

Conversão de infravermelho em eletricidade

O Sol aquece significativamente a crosta terrestre durante o dia; mas basta ele se pôr para que essa energia seja perdida rapidamente para o frio do espaço.

Agora, pesquisadores australianos testaram com sucesso o que eles chamam de "diodo termorradiativo", um componente capaz de converter esse calor em energia elétrica.

Isso, segundo a equipe, inaugura na prática a "energia solar noturna". De fato, a energia foi provida pelo Sol e o termo fotovoltaico refere-se à transformação de fótons em corrente de elétrons - a única diferença é que, neste caso, os fótons estão na faixa do infravermelho, e não do visível.

Quem explica a pesquisa é o professor Nicholas Daukes, da Universidade de Nova Gales do Sul: "No final do século 18 e início do século 19, descobriu-se que a eficiência dos motores a vapor dependia da diferença de temperatura no motor, e aí nasceu o campo da termodinâmica.

"Os mesmos princípios se aplicam à energia solar - o Sol fornece a fonte quente e um painel solar relativamente frio na superfície da Terra fornece um absorvedor de frio. Isso permite que a eletricidade seja produzida.

"No entanto, quando pensamos na emissão infravermelha da Terra para o espaço sideral, agora é a Terra que é o corpo comparativamente quente, com o vasto vazio do espaço sendo extremamente frio.

"Pelos mesmos princípios da termodinâmica, é possível gerar eletricidade a partir dessa diferença de temperatura também: A emissão de luz infravermelha para o espaço."

"Geralmente pensamos na emissão de luz como algo que consome energia, mas no infravermelho médio, onde todos brilhamos com energia radiante, mostramos que é possível extrair energia elétrica."

Estrutura do componente, que agora precisará melhorar em eficiência.
[Imagem: Michael P. Nielsen et al. - 10.1021/acsphotonics.2c00223]

Fotovoltaica que funciona à noite

A quantidade de energia produzida pelo diodo termorradiativo construído pela equipe é pequena, aproximadamente 0,001% da eletricidade produzida por uma célula solar, mas a prova de conceito é significativa porque a quantidade disponível de energia termal é imensa.

"Ainda não temos o material milagroso que fará do diodo termorradiativo uma realidade cotidiana, mas fizemos uma prova de princípio e estamos ansiosos para ver o quanto podemos melhorar esse resultado nos próximos anos," disse Nicholas.

A equipe já está entrando na próxima fase da pesquisa, que focará na busca de materiais mais eficientes para construir versões otimizadas do conversor de energia infravermelha em eletricidade.

E eles não estão sozinhos: Essa área emergente de uma fotovoltaica que funciona à noite já conta com equipes de várias partes do mundo.


Diodo termorradiativo

O diodo termorradiativo representa a contraparte simétrica menos conhecida da energia solar fotovoltaica que, em vez disso, utiliza a emissão líquida de luz em vez de absorção para gerar energia. Embora existam previsões teóricas promissoras para sua aplicação na geração de energia no céu noturno e na recuperação de calor residual, os limites tecnológicos atuais não foram explorados. Aqui, medimos explicitamente as características eletro-ópticas dos fotodiodos de HgCdTe em uma variedade de energias de banda em operação termorradiativa e fotovoltaica, apoiadas por cálculos teóricos que incluem processos críticos não radiativos. Com um diferencial de temperatura de apenas 12,5 °C, medimos um pico de densidade de potência elétrica termorradiativa de 2,26 mW/m 2para um fotodiodo emitindo perto de 4,7 μm, com uma eficiência radiativa estimada de 1,8%. Nossos resultados destacam a necessidade de alcançar altas eficiências radiativas com semicondutores de infravermelho médio para cumprir a promessa de geração de energia termorradiativa.

Bibliografia:

Artigo: Thermoradiative Power Conversion from HgCdtTe Photodiodes and Their Current–Voltage Characteristics
Autores: Michael P. Nielsen, Andreas Pusch, Muhammad H. Sazzad, Phoebe M. Pearce, Peter J. Reece, Nicholas J. Ekins-Daukes
Revista: ACS Photonics
DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00223


domingo, 8 de maio de 2022

 

Professores da Universidade Federal de Campina Grande (Brasil) avaliam os impactos de um projeto fotovoltaico durante o seu ciclo de vida

Fonte:Revista Fotovolt / abril 2022









A análise de 47 sistemas solares fotovoltaicos isolados de 100 a 6600W, de 1987 a 2004, indicou tendência de redução de preços de aproximadamente 1 US$/W ao ano.

Globalmente, a geração de energia solar fotovoltaica atingiu em 2016 em torno de 300 GW, equivalente a 310 TWh, 26% a mais que em 2015, representando pouco mais de 1% da produção global de energia. Os projetos em escala de utilidade pública representam 55% da capacidade total instalada, sendo o restante aplicações distribuídas (residencial, comercial e off-grid). O Brasil, apesar de possuir grande potencial (vasto território, localização próxima à linha do Equador e alta incidência solar durante praticamente todo o ano), ainda explora pouco esse tipo de geração. Entretanto, o PDE 2026 - Plano Decenal de Expansão de Energia estima que a capacidade instalada de conversão solar chegará a 13 GW em 2026, sendo 9,6 GW de conversão centralizada e 3,4 GW de conversão distribuída.

À medida que o mercado fotovoltaico cresce, toma-se cada vez mais importante compreender o desempenho energético das tecnologias fotovoltaicas, bem como investigar todos os processos envolvidos durante a vida do módulo. Em termos quantitativos, uma das formas de avaliação desse processo são os indicadores Relação de Energia Útil (REU) e Retorno da Energia Investida (EROI), que constituem duas das métricas mais comuns para representar o desempenho energético de diferentes tecnologias. Neste contexto, este trabalho visa avaliar os indicadores REU e EROI, considerando dados de um sistema solar fotovoltaico que será instalado no Laboratório de Sistemas de Potência (LSP), situado no Departamento de Engenharia Elétrica da LTFCG, em Campina Grande, PB. Os resultados serão comparados a dados de ciclo de vida dos módulos obtidos em estudos encontrados na literatura, possibilitando uma análise das condições de implementação da tecnologia nesta região.

sexta-feira, 8 de abril de 2022

 

O que a guerra na Ucrânia significa para energia, clima e alimentos

terça-feira, 5 de abril de 2022



Mudanças Climáticas 2022: Mitigação das Mudanças Climáticas

O relatório do Grupo de Trabalho III fornece uma avaliação global atualizada do progresso e das promessas de mitigação das mudanças climáticas e examina as fontes de emissões globais. Ele explica os desenvolvimentos nos esforços de redução e mitigação de emissões, avaliando o impacto dos compromissos climáticos nacionais em relação às metas de emissões de longo prazo.




A mensagem mais dura do IPCC até agora: medidas extremas necessárias para evitar desastre climático

sexta-feira, 1 de abril de 2022

 

A corrida para transformar CO 2 em combustíveis, concreto e muito mais


As empresas estão lutando para transformar o gás de efeito estufa em produtos úteis – mas isso desacelerará as mudanças climáticas?

Fonte: nature  / doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-00807-y



Parte de uma fábrica de produtos químicos em Tongyezhen, na China, que reciclará cerca de 160.000 toneladas de CO 2 em combustível a cada ano. Crédito: Carbon Recycling International

É uma ideia atraente: as emissões industriais de CO 2 estão aquecendo o clima e muitos países estão trabalhando para capturar o gás e armazená-lo no subsolo. Mas por que não reciclá-lo em produtos que sejam virtuosos e lucrativos? Desde que o processo de reciclagem evite criar mais emissões de carbono – usando energia renovável ou recursos excedentes que seriam desperdiçados – ele pode reduzir o CO 2 que a indústria bombeia para a atmosfera e diminuir a demanda por combustíveis fósseis usados ​​na fabricação. Essa é uma dupla vitória climática, dizem os defensores.

Esse tipo de reciclagem (às vezes chamado de upcycling) é um campo cada vez mais concorrido, à medida que empresas grandes e pequenas correm para comercializar uma gama desconcertante de produtos feitos de CO 2 . Alguns são itens de luxo para o consumidor consciente do clima - vodka ou diamantes, por exemplo -, mas a maioria são itens básicos da economia global: combustíveis, polímeros, outros produtos químicos e materiais de construção. Mais de 80 empresas estão trabalhando em novas abordagens para o uso de CO2 , observou um relatório de 2021 da Lux Research , uma empresa de pesquisa de mercado em Boston, Massachusetts. O mercado para esses produtos é pequeno hoje, chegando a menos de US$ 1 bilhão – mas Lux prevê que crescerá para US$ 70 bilhões até 2030 e pode chegar a US$ 550 bilhões até 2040.

Essa atividade está sendo impulsionada por uma queda no custo da energia renovável, juntamente com o aumento dos impostos sobre o carbono e outros incentivos climáticos que estão persuadindo as empresas a evitar as emissões de CO 2 . Ao mesmo tempo, os químicos melhoraram a eficiência das tecnologias subjacentes.


Argumentos do ciclo de vida

Não está claro se os produtos reciclados das emissões industriais de CO 2 realmente protegem o clima – porque o CO 2 que eles capturam ainda será liberado na atmosfera se as moléculas forem queimadas ou quebradas. Extrair CO 2 diretamente da atmosfera poderia ter benefícios climáticos mais claros, mas capturar o gás do ar é extremamente caro, assim como os produtos feitos dessa maneira.

Os proponentes argumentam que a reciclagem de CO 2 industrial em produtos químicos pode reduzir as emissões de outra maneira – evitando alguma produção baseada em combustíveis fósseis. “Nosso processo ajuda a manter os combustíveis fósseis no solo, aproveitando os fluxos de CO 2 existentes ”, disse um porta-voz da Twelve à Nature .

A maneira rigorosa de examinar isso é por meio de uma análise do ciclo de vida (LCA) – uma contabilidade detalhada do carbono envolvido na fabricação e uso de um produto, desde as origens de seu CO 2 até seu destino final. Muitas empresas de reciclagem de CO 2 dizem que fizeram essas auditorias, mas não as publicam porque contêm informações proprietárias.