Pesquisadores de Stanford desenvolveram uma maneira de gerar combustível de hidrogênio usando energia solar, eletrodos e água salgada da Baía de São Francisco.

As evidências, publicado em 18 de março em Proceedings of the National Academy of Sciences , demonstrar uma nova maneira de separar o gás hidrogênio e oxigênio da água do mar por meio da eletricidade. Os métodos de separação de água existentes dependem de água altamente purificada, que é um recurso precioso e caro de produzir.

Teoricamente, para fornecer energia a cidades e carros, "você precisa de tanto hidrogênio que não é concebível usar água purificada, "disse Hongjie Dai, J.G. Jackson e C.J. Wood, professor de química em Stanford e co-autor sênior do artigo. "Mal temos água suficiente para nossas necessidades atuais na Califórnia."

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

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

Combate à corrosão

Como conceito, dividir 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, O gás hidrogênio sai pela extremidade negativa - chamada de cátodo - e o oxigênio respirável emerge na extremidade positiva - o ânodo.

Mas o cloreto carregado negativamente no sal da água do mar pode corroer a extremidade positiva, limitando a vida útil do sistema. Dai e sua equipe queriam encontrar uma maneira de impedir que esses componentes da água do mar quebrassem os ânodos submersos.

Os pesquisadores descobriram que se eles revestissem o ânodo com camadas ricas em cargas negativas, as camadas repeliam o cloreto e retardavam a decomposição do metal subjacente.

Eles colocaram camadas de hidróxido de níquel-ferro sobre sulfeto de níquel, que cobre um núcleo de espuma de níquel. A espuma de níquel atua como um condutor - transportando eletricidade da fonte de energia - e o hidróxido de níquel-ferro acende a eletrólise, separar 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 se empurram um contra o outro, a camada carregada negativamente repele o cloreto e impede que ele alcance o metal do núcleo.

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 co-autor principal do artigo. "Todo o eletrodo se desfaz em um crumble, "Kenney disse." Mas com esta camada, é capaz de durar mais de mil horas. "

Estudos anteriores que tentaram dividir a água do mar para obter combustível de hidrogênio funcionaram com baixas quantidades de corrente elétrica, porque a corrosão ocorre em correntes mais altas. Mas Dai, Kenney e seus colegas conseguiram conduzir até 10 vezes mais eletricidade por meio de seu dispositivo multicamadas, o que ajuda a gerar hidrogênio a partir da água do mar em um ritmo mais rápido.

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

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

E sem o risco de corrosão de sais, o dispositivo combinou com as tecnologias atuais que usam água purificada. "O que impressiona neste estudo é que fomos capazes de operar com correntes elétricas iguais às utilizadas na indústria hoje, "Kenney disse.

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 foi descoberta para a eletrólise com água do mar, o novo método abrirá portas para aumentar a disponibilidade de combustível hidrogênio movido a energia solar ou eólica.

No futuro, a tecnologia poderia ser usada para finalidades além da geração de energia. Uma vez que o processo também produz oxigênio respirável, mergulhadores ou submarinos poderiam trazer dispositivos para o oceano e gerar oxigênio lá embaixo, sem precisar ir à superfície para respirar.

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