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Nos últimos anos, os engenheiros da ETH Zurich desenvolveram a tecnologia para produzir combustíveis líquidos a partir da luz solar e do ar. Em 2019, eles demonstraram pela primeira vez toda a cadeia do processo termoquímico em condições reais, no centro de Zurique, no telhado do ETH Machine Laboratory. Esses combustíveis solares sintéticos são neutros em carbono porque liberam apenas a mesma quantidade de CO2 durante a sua combustão, tal como foi retirado do ar para a sua produção. Duas spin-offs da ETH, Climeworks e Synhelion, estão desenvolvendo e comercializando ainda mais as tecnologias.
No centro do processo de produção está um reator solar que é exposto à luz solar concentrada fornecida por um espelho parabólico e atinge temperaturas de até 1.500 graus Celsius. Dentro deste reator, que contém uma estrutura cerâmica porosa feita de óxido de cério, ocorre um ciclo termoquímico para dividir a água e o CO2 capturado anteriormente do ar. O produto é o gás de síntese: uma mistura de hidrogénio e monóxido de carbono, que pode ser posteriormente processada em combustíveis líquidos de hidrocarbonetos, como o querosene (combustível de aviação) para alimentar a aviação.
Até agora, foram aplicadas estruturas com porosidade isotrópica, mas estas têm a desvantagem de atenuarem exponencialmente a radiação solar incidente à medida que esta viaja para dentro do reator. Isto resulta em temperaturas internas mais baixas, limitando o rendimento de combustível do reator solar.
Agora, pesquisadores do grupo de André Studart, Professor de Materiais Complexos da ETH, e do grupo de Aldo Steinfeld, Professor de Portadores de Energia Renovável da ETH, desenvolveram uma nova metodologia de impressão 3D que lhes permite fabricar estruturas cerâmicas porosas com geometrias de poros complexas para transportar a radiação solar de forma mais eficiente para o interior do reator. O projeto de pesquisa é financiado pelo Escritório Federal Suíço de Energia.
Projetos ordenados hierarquicamente com canais e poros que são abertos na superfície exposta à luz solar e se tornam mais estreitos na parte traseira do reator provaram ser particularmente eficientes. Este arranjo permite absorver a radiação solar concentrada incidente em todo o volume. Isto, por sua vez, garante que toda a estrutura porosa atinja a temperatura de reação de 1500°C, aumentando a geração de combustível. Estas estruturas cerâmicas foram fabricadas através de um processo de impressão 3D baseado em extrusão e um novo tipo de tinta com características óptimas desenvolvidas especificamente para este fim, nomeadamente: baixa viscosidade e elevada concentração de partículas de cério para maximizar a quantidade de material redox activo.
Teste inicial bem-sucedido
Os pesquisadores investigaram a complexa interação entre a transferência de calor radiante e a reação termoquímica. Eles conseguiram mostrar que suas novas estruturas hierárquicas podem produzir duas vezes mais combustível que as estruturas uniformes quando submetidas à mesma radiação solar concentrada de intensidade equivalente a 1.000 sóis.
A tecnologia para impressão 3D das estruturas cerâmicas já está patenteada e a Synhelion adquiriu a licença da ETH Zurich. “Esta tecnologia tem o potencial de aumentar a eficiência energética do reator solar e, assim, melhorar significativamente a viabilidade económica dos combustíveis de aviação sustentáveis”, diz Steinfeld.
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