Pesquisadores criam combustível de hidrogênio a partir da água do mar

Pesquisadores criam combustível de hidrogênio a partir da água do mar

Dividir a água em hidrogênio e oxigênio apresenta uma alternativa aos combustíveis fósseis, mas a água purificada é um recurso precioso. Uma equipe agora desenvolveu uma maneira de aproveitar a água do mar - a fonte mais abundante da Terra - para energia química.

As descobertas, publicadas em 18 de março na revista Proceedings, da Academia Nacional de Ciências , demonstram uma nova maneira de separar hidrogênio e oxigênio da água do mar através da eletricidade. Os métodos existentes de separação da água dependem da água altamente purificada, que é um recurso precioso e caro de produzir.

Teoricamente, para abastecer cidades e carros, "você precisa de tanto hidrogênio, não é concebível usar água purificada", disse Hongjie Dai, professor de química em Stanford e co-autor sênior no artigo, JG Jackson e CJ Wood. "Nós mal temos água suficiente para as nossas necessidades atuais na Califórnia."

O hidrogênio é uma opção atraente para o combustível porque não emite dióxido de carbono, disse Dai. A queima de hidrogênio produz apenas água e deve facilitar o agravamento dos problemas de mudança climática.

Dai disse que seu laboratório mostrou prova de conceito com uma demonstração, mas os pesquisadores deixarão para os fabricantes escalar e produzir em massa o design.

Combate à corrosão

Como conceito, dividir a água em hidrogênio e oxigênio com eletricidade - chamada eletrólise - é uma ideia simples e antiga: uma fonte de energia se conecta a dois eletrodos colocados na água. Quando a energia é ligada, bolhas de gás hidrogênio saem do lado negativo - chamado de cátodo - e oxigênio respirável surge no final positivo - o ânodo.

Mas o cloreto carregado de forma negativa no sal marinho pode corroer o final positivo, limitando a vida útil do sistema. Dai e sua equipe queriam encontrar uma maneira de impedir que os componentes da água do mar quebrassem os ânodos submersos.

Os pesquisadores descobriram que, se eles revestiam o ânodo com camadas que eram ricas em cargas negativas, as camadas repeliam o cloreto e diminuíam a deterioração do metal subjacente.

Eles mergulharam hidróxido de níquel-ferro sobre o sulfeto de níquel, que cobre um núcleo de espuma de níquel. A espuma de níquel age como um condutor - transportando eletricidade da fonte de energia - e o hidróxido de níquel-ferro estimula a eletrólise, separando a água em oxigênio e hidrogênio. Durante a eletrólise, o sulfeto de níquel evolui para uma camada carregada negativamente que protege o ânodo. Assim como as extremidades negativas de dois ímãs empurram um contra o outro, a camada carregada negativamente repele o cloreto e impede que ele atinja o metal central.

Sem o revestimento carregado negativamente, o ânodo só funciona por cerca de 12 horas na água do mar, de acordo com Michael Kenney, um estudante de pós-graduação no laboratório Dai e autor co-principal no papel. "Todo o eletrodo desmorona em um desmoronar", disse Kenney. "Mas com esta camada, é capaz de ir mais de mil horas".

Estudos anteriores que tentaram separar a água do mar para combustível de hidrogênio tiveram baixas quantidades de corrente elétrica, porque a corrosão ocorre em correntes mais altas. Mas Dai, Kenney e seus colegas foram capazes de conduzir até 10 vezes mais eletricidade através de seu dispositivo multicamadas, o que ajuda a gerar hidrogênio da água do mar em um ritmo mais rápido.

"Acho que estabelecemos um recorde na corrente para dividir a água do mar", disse Dai.

Os membros da equipe realizaram a maioria de seus testes em condições controladas de laboratório, onde puderam regular a quantidade de eletricidade que entrava no sistema. Mas eles também projetaram uma máquina de demonstração movida a energia solar que produzia hidrogênio e gás oxigênio da água do mar coletada da baía de São Francisco.

E sem o risco de corrosão por sais, o dispositivo combinava com as tecnologias atuais que usam água purificada. "O mais impressionante deste estudo foi que pudemos operar em correntes elétricas que são as mesmas usadas hoje na indústria", disse Kenney.

Surpreendentemente simples

Olhando para trás, Dai e Kenney podem ver a simplicidade de seu design. "Se tivéssemos uma bola de cristal há três anos, teria sido feito em um mês", disse Dai. Mas agora que a receita básica é descoberta para eletrólise com água do mar, o novo método abrirá portas para aumentar a disponibilidade de combustível de hidrogênio alimentado por energia solar ou eólica.

No futuro, a tecnologia poderia ser usada para fins além da geração de energia. Como o processo também produz oxigênio respirável, mergulhadores ou submarinos podem trazer dispositivos para o oceano e gerar oxigênio para baixo sem ter que emergir para o ar.

Em termos de transferência de tecnologia, "é possível usar esses elementos em sistemas de eletrolisadores existentes e isso pode ser muito rápido", disse Dai. "Não é como começar do zero - é mais como começar de 80 ou 90%."

Artigo:

Yun Kuang, Michael J. Kenney, Yongtao Meng, Wei-Hsuan Hung, Yijin Liu, Jianan Erick Huang, Rohit Prasanna, Pengsong Li, Yaping Li, Lei Wang, Meng-Chang Lin, Michael D. McGehee, Xiaoming Sun, Hongjie Dai. Solar-driven, highly sustained splitting of seawater into hydrogen and oxygen fuels. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019; 201900556 DOI: 10.1073/pnas.1900556116

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190318151726.htm

Visite também:

Bom Gosto Sons        (Músicas)
Bom Gosto Vídeos        (vídeos bons de se ver)
Ciência Review              (artigos científicos)
Como Fazer - Tudo         (vídeos variados de como fazer)
Crescer Alternativo         (vídeos sobre autoajuda e espiritualidade)
Resolvendo Sua Vida       (artigos de sabedoria)
Saúde e Comportamento  (artigos sobre saúde e comportamento)
Suor de Vaca                     (vídeos divertidos e engraçados)