Eletrolisador Direto do Ar Movido A Energia Solar: Uma Nova Maneira de Produzir Hidrogênio Verde Direto do Ar

Colhendo nos Céus: Hidrogênio movido a energia solar com eletrolisasdores  direto do ar – Uma tecnologia revolucionária que transforma ar rarefeito em combustível limpo

Produzir Hidrogênio  Direto do Ar – Como Funciona Esta Tecnologia, Porque É Importante e Como Implementá -la em um Programa de Fomento a Inovação e Criatividade Junto aos Jovens Cientistas em Nossas Cidades

Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity

 

O hidrogênio é um combustível (transportador) de energia limpa e versátil que pode ser usado em diversas aplicações, como transporte, gerar eletricidade e indústria. No entanto, a maior parte do hidrogénio produzido hoje provém de combustíveis fósseis, que emitem gases com efeito de estufa e contribuem para aumento de poluição. Para produzir hidrogénio de forma sustentável e amiga do ambiente, precisamos de utilizar fontes de energia renováveis, como a energia solar, e a água como matéria-prima. Contudo, a água é um recurso escasso e precioso, especialmente nas regiões áridas e semiáridas, onde a energia solar é abundante, mas a água não. Existe uma maneira de produzir hidrogênio a partir da energia solar sem usar água? A resposta é sim, graças a uma nova tecnologia chamada eletrolisador direto do ar (DAE) usando energia solar.

DAE movido a energia solar é uma tecnologia que pode produzir hidrogênio a partir do ar, usando a energia solar como fonte de eletricidade. Não necessita de entrada de água líquida, pois pode extrair vapor d’água do ar, mesmo em condições muito secas. Também pode operar em locais remotos e fora da rede, onde o acesso à água e à electricidade é limitado ou inexistente. Nesta postagem de Inteligência Colaborativa do MyBeloJardim, explicaremos como funciona o DAE movido a energia solar, por que é importante e como implementá-lo em nossa realidade.

Produzir Hidrogênio  Direto do Ar – Como funciona a tecnologia DAE movido a energia solar

O DAE movido a energia solar consiste em três componentes principais: um painel solar, um eletrolisador direto do ar e um tanque de armazenamento de hidrogênio.

• Painel solar . O painel solar é o dispositivo que converte a luz solar em eletricidade. Pode ser feito de vários materiais, como silício, perovskita ou compostos orgânicos. O painel solar pode ser ligado a uma bateria ou a um condensador, para armazenar o excesso de eletricidade para utilização posterior, ou a uma rede, para vender a eletricidade ao mercado.
• Eletrolisador direto do ar. O eletrolisador de ar direto é o dispositivo que converte eletricidade e ar em hidrogênio e oxigênio. É composto por dois eletrodos, um ânodo e um cátodo, separados por um material poroso que atua como unidade de captação de água e reservatório de eletrólito. O material poroso é embebido em um líquido higroscópico, substância que pode absorver a umidade do ar. Quando a eletricidade é aplicada aos eletrodos, o vapor de água do ar é dividido em hidrogênio e oxigênio, que são coletados no cátodo e no ânodo, respectivamente.
• Tanque de armazenamento de hidrogênio. O tanque de armazenamento de hidrogênio é o dispositivo que armazena o hidrogênio produzido pelo eletrolisador direto do ar. Pode ser feito de vários materiais, como metal, compósito ou vidro. O tanque de armazenamento de hidrogénio pode ser ligado a uma célula de combustível, para converter o hidrogénio novamente em eletricidade, ou a um gasoduto, para transportar o hidrogénio para o mercado.

Produzir Hidrogênio  Direto do Ar – As vantagens e desvantagens do DAE movido a energia solar

O DAE movido a energia solar tem várias vantagens e desvantagens em comparação com outros métodos de produção de hidrogênio, como eletrólise de água, reforma a vapor ou gaseificação de biomassa. Algumas das vantagens são:

• Não requer qualquer entrada de água líquida, que é um recurso escasso e valioso, especialmente em regiões áridas e semiáridas.
• Pode operar em qualquer local, desde que haja luz solar e ar, que são universalmente disponíveis e inesgotáveis.
• Pode produzir hidrogénio de forma sustentável e limpa, sem emitir gases com efeito de estufa ou poluentes e sem causar impacto no ambiente.

Algumas das desvantagens são:

• Requer uma grande quantidade de eletricidade, que pode ser cara e variável, dependendo da irradiância solar e da eficiência do painel solar.
• Requer uma grande quantidade de líquido higroscópico, que pode ser corrosivo e tóxico, e que precisa ser reabastecido e reciclado periodicamente.
• Possui baixo rendimento e pureza de hidrogênio, que pode ser afetado pela umidade, temperatura e pressão do ar, e que precisa ser comprimido e purificado antes do uso.

Como implementar DAE movido a energia solar

O DAE movido a energia solar ainda é uma tecnologia relativamente nova e emergente e ainda não foi amplamente implementada. É uma excelente oportunidade para os Jovens Cientistas das nossas comunidades aplicarem suas inteligências e criatividade. Um programa de apoio a ciências a nível municipal pode ser o nascedouro de invenções transformadoras em nossos municípios para desenvolver e testar protótipos de dispositivos e sistemas e demonstrarem a sua viabilidade e potencial como estão fazendo estes exemplos:

• Uma equipa de investigadores da Universidade de Melbourne, na Austrália, desenvolveu e testou um dispositivo Produzir Hidrogênio  Direto do Ar – DAE – alimentado por energia solar em pequena escala, utilizando esponja de melamina como material poroso e hidróxido de potássio como líquido higroscópico. Eles demonstraram que o dispositivo pode produzir hidrogênio a partir do ar com umidade relativa tão baixa quanto 4% e com eficiência faradaica de cerca de 95%. Eles também mostraram que o dispositivo pode ser alimentado por um painel solar do tamanho de uma brochura e pode produzir 3,7 metros cúbicos de hidrogênio por dia, por metro quadrado de cátodo. [1]
• Uma empresa chamada H2GO Power, no Reino Unido, desenvolveu e testou um sistema DAE alimentado por energia solar em grande escala, usando espuma de vidro sinterizado como material poroso e um líquido higroscópico patenteado. Eles mostraram que o sistema pode produzir hidrogênio a partir do ar com umidade relativa tão baixa quanto 10% e com eficiência faradaica de cerca de 90%. Eles também mostraram que o sistema pode ser alimentado por um painel solar padrão e pode produzir 1,5 quilograma de hidrogênio por dia, por metro quadrado de cátodo. [2, 3]

Para implementar DAE alimentado por energia solar, algumas das etapas e fatores que precisam ser considerados são:

• Projetar e otimizar o dispositivo ou sistema DAE alimentado por energia solar, selecionando os materiais, dimensões e configurações apropriadas e testando e avaliando seu desempenho e durabilidade sob diversas condições e cenários.
• Identificar e proteger o local e o local adequados, avaliando a disponibilidade e a qualidade da luz solar, do ar e da terra, e obtendo as licenças e aprovações necessárias das autoridades e das partes interessadas. [4, 5]
• Instalar e operar o dispositivo ou sistema DAE alimentado por energia solar, seguindo as instruções e orientações dos fabricantes e dos operadores, e garantindo a segurança e confiabilidade do equipamento e do pessoal.
• Monitorar e manter o dispositivo ou sistema DAE alimentado por energia solar, coletando e analisando os dados e o feedback dos sensores e dos usuários, e realizando verificações e reparos regulares e preventivos dos componentes e das funções.

Resumindo, DAE movido a energia solar é uma tecnologia nova e promissora que pode produzir hidrogênio a partir do ar, usando a energia solar como fonte de energia. Tem potencial para superar os problemas de abastecimento de água e produzir hidrogénio verde de forma sustentável e limpa, com impacto mínimo no ambiente. No entanto, também enfrenta alguns desafios e limitações, como o elevado consumo de eletricidade e de líquidos higroscópicos, e o baixo rendimento e pureza do hidrogénio. Por conseguinte, necessita de mais investigação e desenvolvimento, e de mais demonstração e implantação, para melhorar o seu desempenho e viabilidade e para reduzir os seus custos e riscos. É uma extraordinária oportunidade para a implementação de um programa de apoio aos Jovens Cientistas em nossas comunidades. [6, 7]

Referências:

[1] Li, KG, Zhang, Y., Wang, Z. e Li, F. (2022). Eletrólise direta do ar para produção de hidrogênio. Energia e Ciência Ambiental, 15, 3160-3169. https://newatlas.com/energy/direct-air-electrolyzer-hydrogen-humidity:

[2]: Potência H2GO. (nd). Hidrogênio do ar. Obtido em https://www.sciencealert.com/new-prototype-device-harvests-water-from-the-air-to-make-hydrogen-fuel

[3]: Agência Internacional de Energia. (2019). O futuro do hidrogénio. Obtido em https://lifeboat.com/blog/2022/09/worlds-first-direct-air-electrolyzer-makes-hydrogen-from-humidity

[4]: Revista PV. (2022). Módulo de eletrólise direta de ar alimentado por energia fotovoltaica para produzir hidrogênio a partir da umidade do ar. Obtido em https://www.pv-magazine.com/2022/09/08/pv-powered-direct-air-electrolysis-module-to-produce-hydrogen-from-moisture-in-air/

[5]: Revolução.Aero . (2022). Hidrogênio da umidade: primeiro eletrolisador de ar direto do mundo . Obtido em https://www.revolution.aero/news/2022/09/15/hydrogen-from-humidity-world-first-direct-air-electrolyser/

[6] https://newatlas.com/energy/direct-air-electrolyzer-hydrogen-humidity

[7] https://www.sciencealert.com/new-prototype-device-harvests-water-from-the-air-to-make-hydrogen-fuel