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Engenheiros da Universidade de Illinois em Chicago ajudaram a projetar um novo método para produzir gás hidrogênio a partir da água, usando apenas energia solar e resíduos agrícolas, como esterco ou cascas. O método reduz em 600% a energia necessária para extrair hidrogénio da água, criando novas oportunidades para a produção química sustentável e amiga do clima.
Os combustíveis à base de hidrogênio são uma das fontes mais promissoras de energia limpa. Mas a produção de gás hidrogénio puro é um processo que consome muita energia e muitas vezes requer carvão ou gás natural e grandes quantidades de electricidade.
Em um artigo para Cell Reports Ciências Físicasuma equipe multiinstitucional liderada pelo engenheiro da UIC, Meenesh Singh, revela o novo processo para a produção de hidrogênio verde.
O método usa uma substância rica em carbono chamada biochar para diminuir a quantidade de eletricidade necessária para converter água em hidrogênio. Ao utilizar 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 de estufa para zero.
“Somos o primeiro grupo a mostrar que é possível produzir hidrogênio utilizando biomassa a uma fração de volt”, disse Singh, professor associado do departamento de engenharia química. “Esta é uma tecnologia transformadora.”
A eletrólise, o processo de divisão da água em hidrogênio e oxigênio, requer corrente elétrica. Em escala industrial, normalmente são necessários combustíveis fósseis para gerar essa eletricidade.
Recentemente, os cientistas diminuíram a voltagem necessária para a divisão da água, introduzindo uma fonte de carbono na reação. Mas este processo também utiliza carvão ou produtos químicos caros e liberta dióxido de carbono como subproduto.
Singh e colegas modificaram este processo para usar biomassa de resíduos comuns. Ao misturar ácido sulfúrico com resíduos agrícolas, resíduos animais ou esgotos, criam uma substância semelhante a uma pasta chamada biocarvão, que é rica em carbono.
A equipe experimentou diferentes tipos de biochar feitos de casca 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 biochar reduziram a energia necessária para converter água em hidrogênio. O melhor desempenho, esterco de vaca, diminuiu a necessidade elétrica em seis vezes, para cerca de um quinto de volt.
Os requisitos de energia eram baixos o suficiente para que os pesquisadores pudessem 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 bateria AA.
“É muito eficiente, com quase 35% de conversão do biochar e da energia solar em hidrogênio”, disse Rohit Chauhan, coautor e pós-doutorado no laboratório de Singh. “Estes são números recordes mundiais; é o mais alto que alguém já demonstrou.”
Para tornar o processo zero líquido, ele deve capturar o dióxido de carbono gerado pela reação. Mas Singh disse que isto também poderia trazer benefícios ambientais e económicos, 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 Nishithan Kani, graduado da UIC, co-autor principal do artigo. “Esta forma barata de produzir hidrogénio poderia permitir que os agricultores se tornassem autossustentáveis para as suas necessidades energéticas ou criassem novos fluxos de receitas.”
A Orochem Technologies Inc., que patrocinou a pesquisa, solicitou patentes sobre seus processos de produção de biocarvão e hidrogênio, e a equipe da UIC planeja testar os métodos em larga escala.
Além de Singh, Kani e Chauhan, o artigo foi coautor do estudante de graduação da UIC, Rajan Bhawnani. Outros coautores vêm da Universidade de Stanford, da Texas Tech University, do Indian Institute of Technology Roorkee, da Korea University e da Orochem Technologies Inc.
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