Nova metodologia eletroquímica permite a produção de 4 vezes mais gás hidrogênio que os atuais métodos

Cientistas liderados pelo Professor Guntae Kim, da Escola de Energia e Engenharia Química na UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology) - centro da imagem acima -, em colaboração com o Professor Tak-Hyoung Lim do Instituto de Pesquisa Energética da Coreia do Sul (KIER) e o Professor Jeeyoung Shin da Sookmyung Women´s University, criaram uma nova estratégia de produção de gás hidrogênio (H2) a partir do sistema de Células Eletrolíticas Sólidas Híbridas (Hybrid-SOEC). O resultado experimental foi a maior eficiência de produção eletroquímica de hidrogênio já anunciada!

Basicamente, a produção atual de hidrogênio molecular (H2), em sua grande maioria (>90%), envolve a reforma a vapor de hidrocarbonetos (em especial o metano). Porém, esse processo resulta na produção de grandes quantidades de dióxido de carbono, aumentando a concentração desse gás estufa na atmosfera. O resto de produção global de hidrogênio - este o qual não existe naturalmente na Terra por causa da sua grande reatividade - é feita a partir de outros processos mais benignos, incluindo reações fotoeletroquímicas, termoquímicas e eletroquímicas de quebra da molécula de água (onde existe a produção de H2 e O2). Desses últimos, a via eletroquímica é a mais interessante, especialmente quando consideramos uma fonte limpa de eletricidade fomentando o processo, como a eólica e a solar.

A via eletroquímica envolve a quebra (a partir de corrente elétrica) da molécula de água (H20) em gás oxigênio e gás hidrogênio, onde íons hidroxilas são oxidados no ânodo para a produção de gás oxigênio de um lado e íons hidrogênio são reduzidos no outro eletrodo (cátodo) para a produção de gás hidrogênio - ambos os íons presentes em solução aquosa e provenientes da quebra eletrolítica da água. Porém, hoje esse processo, na prática, é realizado via solução aquosa, o que limita o rendimento da reação eletroquímica.

Nesse sentido, existe uma grande aposta no uso de células eletrolíticas sólidas (SOEC/Solid Oxide Electrolyzer Cell), as quais consistem de dois eletrodos e um eletrólito, todos em estado sólido. Para a produção de hidrogênio molecular, elas são perfeitas, já que não necessitam de trocar eletrólitos perdidos, enquanto eliminando os problemas de corrosão. Além disso, as SOECs também podem operar em relativas altas temperaturas (700-1000°C), o que ajuda a reduzir o consumo de energia elétrica (no caso, para resfriamento).

Trabalhando também com as SOECs, o Professor Kim e colaboradores conseguiram aperfeiçoar esse modelo ao utilizar um híbrido iônico que opera dois sistemas distintos de SOEC. Os atuais modelos SOEC permitem o transporte ou de íons hidrogênio ou de íons oxigênio de um eletrodo para o outro. Para o caso em que o íon transportado é o oxigênio (a), a eletrólise da água ocorre no ânodo (parte positiva, a qual emite elétrons), resultando na produção de hidrogênio. Em contraste, os eletrólitos SOEC que transportam íons hidrogênio (b) fazem a eletrólise da água ocorrer no cátodo, com isso resultando na produção de oxigênio molecular e onde o hidrogênio molecular atravessa o eletrólito até o ânodo.

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Nesse sentido, o Hybrid-SOEC (c) trabalha com a movimentação iônica dos dois sistemas, o que permite a produção de gás hidrogênio em ambos os lados da célula eletrolítica! O novo sistema criado demanda menos eletricidade para a produção de H2 e, ao mesmo tempo, exibe grande estabilidade e eficiência eletroquímica. Durante 60 horas de contínuo funcionamento, o Hybrid-SOEC testado pelos pesquisadores não indicou degradação observável e conseguiu produzir 1,9 Litros de H2 por hora, sob uma tensão de 1,5V e sob uma temperatura de 700°C. Isso é 4 vezes a produção de H2 hoje alcançada pelas células eletrolíticas de alta-eficiência empregadas na prática industrial!

Usando eletricidade gerada por fontes renováveis - como eólica e solar, ambas em grande alta, especialmente no Brasil - o novo sistema pode suprir de forma viável uma grande demanda por gás hidrogênio como combustível para "veículos verdes", produzindo no final apenas água na queima motora e ajudando no combate à poluição e na atenuação do aquecimento global.

Publicação do estudo: ScienceDirect