MADRID 10 abr. (EUROPA PRESS) -
Um método barato alcançou o hat-trick da tecnologia de sustentabilidade: produz hidrogênio "verde" sem carbono por meio da eletrólise da água do mar com energia solar e gera água potável.
O dispositivo híbrido de destilação solar e eletrólise da água (HSD-WE) de uma equipe liderada pela Cornell University e publicado na Energy and Environmental Science produz atualmente 200 mililitros de hidrogênio por hora com uma eficiência energética de 12,6% diretamente da água do mar sob luz solar natural. Os pesquisadores estimam que, em 15 anos, essa tecnologia poderá reduzir o custo da produção de hidrogênio verde para US$ 1 por quilograma, uma etapa fundamental para atingir emissões líquidas zero até 2050.
"Tanto a água quanto a energia são essenciais para nossa vida diária, mas, em geral, para produzir mais energia, é preciso consumir mais água", disse Lenan Zhang, professor associado da Escola Sibley de Engenharia Mecânica e Aeroespacial de Cornell, que liderou o projeto, em um comunicado. Por outro lado, precisamos de água limpa, pois dois terços da população mundial enfrentam escassez de água. Portanto, há um gargalo na produção de hidrogênio verde, que se reflete no custo.
O hidrogênio verde é produzido pela divisão de moléculas de água de alta pureza (ou seja, deionizada) em hidrogênio e oxigênio por eletrólise. O alto custo se deve à enorme quantidade de água limpa necessária para o processo; o custo de fabricação do hidrogênio verde pode ser aproximadamente dez vezes maior que o do hidrogênio convencional.
SOL E ÁGUA DO MAR, ABUNDANTES E GRATUITOS
"Foi por isso que criamos essa tecnologia", explicou Zhang. Pensamos: "OK, qual é o recurso mais abundante na Terra? O sol e a água do mar são basicamente recursos infinitos e são gratuitos.
Como pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), Zhang começou a explorar maneiras de usar a energia solar para transformar a água do mar em água potável por meio da dessalinização térmica, uma iniciativa que a revista Time anunciou como uma das "Melhores Invenções de 2023". Quando Zhang chegou à Cornell em 2024, ele já tinha o apoio da National Science Foundation para expandir a tecnologia de produção de hidrogênio verde.
Em colaboração com pesquisadores do MIT, da Universidade Johns Hopkins e da Universidade Estadual de Michigan, a equipe de Zhang projetou um protótipo de dispositivo de 10 x 10 centímetros que aproveita uma das desvantagens da energia fotovoltaica: sua eficiência relativamente baixa. A maioria das células fotovoltaicas só consegue converter cerca de 30% da energia do sol em eletricidade, e o restante é dissipado como calor residual. Entretanto, o dispositivo da equipe consegue aproveitar a maior parte desse calor residual e o utiliza para aquecer a água do mar até que ela evapore.
"Basicamente, a luz solar de comprimento de onda curto interage com a célula solar para gerar eletricidade, e a luz de comprimento de onda mais longo gera o calor residual para alimentar a destilação da água do mar", explicou Zhang. "Dessa forma, toda a energia solar pode ser totalmente utilizada. Nada é desperdiçado.
Para que a evaporação térmica interfacial ocorra, há um componente crucial, chamado de mecha capilar, que retém a água em uma película fina que está em contato direto com o painel solar. Dessa forma, apenas a película fina precisa ser aquecida, em vez de um grande volume de água, e a eficiência da evaporação é aumentada para mais de 90%. Depois que a água do mar evapora, o sal é deixado para trás e o vapor dessalinizado se condensa em água limpa, que passa por um eletrolisador que divide as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.
"Trata-se de uma tecnologia altamente integrada. O projeto foi desafiador devido à complexa interação: dessalinização com eletrólise, eletrólise com o painel solar e o painel solar com a dessalinização, convertendo e transportando energia solar, elétrica, química e térmica", explicou Zhang. "Agora, pela primeira vez, podemos produzir água suficiente para atender à demanda por hidrogênio. E também temos água potável adicional. Dois coelhos com uma cajadada só.
10 POR CENTO DE REDUÇÃO DE CUSTOS
O custo atual da produção de hidrogênio verde é de cerca de US$ 10 por quilograma, de acordo com Zhang, mas dada a abundância de luz solar e água do mar, em 15 anos o dispositivo de sua equipe poderia reduzir o custo para US$ 1 por quilograma. Zhang também vê o potencial de incorporar a tecnologia em fazendas solares para resfriar painéis fotovoltaicos, o que melhoraria sua eficiência e aumentaria sua vida útil.
"Queremos evitar as emissões de carbono e a poluição. Mas, ao mesmo tempo, também estamos preocupados com o custo, porque quanto menor o custo, maior o potencial de mercado para adoção em larga escala", disse ele. "Acreditamos que há um enorme potencial para futuras instalações."
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