.
A busca para desenvolver o hidrogênio como uma fonte de energia limpa que pode reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis pode levar a um lugar inesperado – o carvão. Uma equipe de cientistas da Penn State descobriu que o carvão pode representar uma maneira potencial de armazenar gás hidrogênio, assim como as baterias armazenam energia para uso futuro, abordando um grande obstáculo no desenvolvimento de uma cadeia de fornecimento de energia limpa.
“Descobrimos que o carvão pode ser essa bateria geológica de hidrogênio”, disse Shimin Liu, professor associado de energia e engenharia mineral da Penn State. “Você pode injetar e armazenar a energia do hidrogênio e tê-la lá quando precisar usá-la.”
O hidrogênio é um combustível de queima limpa e mostra-se promissor para uso nos setores mais intensivos em energia de nossa economia – transporte, geração de eletricidade e manufatura. Mas ainda há muito trabalho para construir uma infraestrutura de hidrogênio e torná-la uma fonte de energia acessível e confiável, disseram os cientistas.
Isso inclui desenvolver uma maneira de armazenar hidrogênio, que atualmente é caro e ineficiente. As formações geológicas são uma opção intrigante, disseram os cientistas, porque podem armazenar grandes quantidades de hidrogênio para atender aos picos e vales conforme a demanda de energia muda diariamente ou sazonalmente.
“O carvão é bem estudado e produzimos comercialmente gás a partir do carvão há quase meio século”, disse Liu. “Nós entendemos isso. Temos a infra-estrutura. Acho que o carvão seria o lugar lógico para fazer o armazenamento geológico de hidrogênio.”
Para testar isso, os cientistas analisaram oito tipos de carvões de campos de carvão nos Estados Unidos para entender melhor seu potencial de absorção e difusão, ou quanto hidrogênio eles podem conter.
Todos os oito carvões mostraram propriedades de sorção consideráveis, com o carvão betuminoso de baixa volatilidade do leste da Virgínia e o carvão antracito do leste da Pensilvânia apresentando o melhor desempenho nos testes, relataram os cientistas na revista Applied Energy.
“Acho altamente possível que o carvão seja a melhor seleção para armazenamento geológico do ponto de vista científico”, disse Liu. “Descobrimos que o carvão supera outras formações porque pode conter mais, possui infraestrutura existente e está amplamente disponível em todo o país e perto de áreas povoadas”.
Reservatórios de metano esgotados em leitos de carvão podem ser os melhores candidatos. Essas camadas contêm gás natural não convencional, como o metano, e se tornaram uma importante fonte de energia de combustível fóssil nas últimas décadas. O metano adere à superfície do carvão, em um processo chamado adsorção.
Da mesma forma, injetar hidrogênio no carvão faria com que o gás absorvesse ou grudasse no carvão. Essas formações geralmente têm uma camada de xisto ou argilito no topo que atua como uma vedação mantendo o metano, ou neste caso o hidrogênio, selado até que seja necessário e bombeado de volta, disseram os cientistas.
“Muitas pessoas definem o carvão como uma rocha, mas na verdade é um polímero”, disse Liu. “Tem alto teor de carbono com muitos poros pequenos que podem armazenar muito mais gás. Portanto, o carvão é como uma esponja que pode conter muito mais moléculas de hidrogênio em comparação com outros materiais sem carbono.”
Os cientistas projetaram equipamentos especiais para conduzir os experimentos. O carvão tem uma afinidade mais fraca com o hidrogênio em comparação com outros gases sorventes, como metano e dióxido de carbono, portanto, o equipamento pressurizado tradicional para determinar a sorção não teria funcionado.
“Fizemos um design muito inovador e desafiador”, disse Liu. “Levou anos para descobrir como fazer isso corretamente. Tivemos que projetar adequadamente um sistema experimental, de tentativa e erro, com base em nossa experiência anterior com carvão e xisto.”
Com base em seus resultados, os cientistas determinaram que os carvões antracito e semiantracito são bons candidatos para o armazenamento de hidrogênio em veios de carvão esgotados, e o carvão betuminoso de baixa volatilidade é melhor candidato para veios de carvão gasoso.
Desenvolver o armazenamento de hidrogênio em comunidades de mineração de carvão pode trazer novas oportunidades econômicas para essas regiões, além de ajudar a criar a infraestrutura de hidrogênio do país.
“Na transição energética, são realmente as comunidades de carvão que foram as mais impactadas economicamente”, disse Liu. “Esta é certamente uma oportunidade para reaproveitar a região carbonífera. Eles já têm o conhecimento – o engenheiro de energia e as habilidades. Se pudermos construir uma infraestrutura e mudar suas oportunidades econômicas – acho que isso é algo que devemos considerar.”
O trabalho futuro se concentrará na difusividade dinâmica e na permeabilidade dinâmica do carvão, características que determinam a rapidez com que o hidrogênio pode ser injetado e bombeado de volta, disseram os cientistas.
“Acho que a Penn State é o lugar certo para fazer toda essa pesquisa – temos as reservas de carvão, temos gás natural, temos a engenharia e a experiência econômica da Universidade”, disse Liu. “Este é o lugar lógico para fazer isso.”
Também contribuiu da Penn State Ang Liu, instrutor, John e Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering.
.
