p Experimentos de laboratório e uma campanha de voo parabólico permitiram a uma equipe internacional de pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) obter novos insights sobre a eletrólise da água, em que o hidrogênio é obtido da água por meio da aplicação de energia elétrica. A eletrólise da água pode desempenhar um papel fundamental na transição energética se melhorias de eficiência puderem ser alcançadas. Os resultados publicados recentemente na revista Cartas de revisão física oferecem um possível ponto de partida para aumentar o impacto ambiental das tecnologias baseadas em hidrogênio. p Soluções viáveis ​​para o armazenamento intermediário de energia são necessárias para garantir que o excesso de eletricidade gerado pelos sistemas de energia solar e eólica durante o pico de produção não seja desperdiçado. A produção de hidrogênio - que pode então ser convertido em outros portadores de energia química - é uma opção atraente. É essencial que esse processo ocorra da maneira mais eficiente - e, portanto, com melhor custo-benefício.

p A equipe de pesquisadores do HZDR, liderado pelo Prof. Kerstin Eckert, focado especificamente na eletrólise da água. Este método usa energia elétrica para dividir as moléculas de água em suas partes componentes - hidrogênio e oxigênio. Para fazer isso, uma corrente elétrica é aplicada a dois eletrodos imersos em uma solução aquosa ácida ou alcalina. O hidrogênio gasoso se forma em um eletrodo, e oxigênio no outro. Contudo, a conversão de energia envolve perdas. Na prática, o método atualmente oferece eficiência energética de cerca de 65 a 85 por cento, dependendo do processo eletrolítico utilizado. O objetivo da pesquisa de eletrólise é aumentar a eficiência para cerca de 90 por cento, desenvolvendo técnicas melhores.

p Bolhas oscilantes de hidrogênio fornecem uma nova compreensão

p Uma melhor compreensão dos processos químicos e físicos subjacentes é essencial para otimizar o processo de eletrólise. Bolhas de gás crescendo no eletrodo experimentam flutuabilidade, fazendo com que as bolhas subam. O problema de prever com precisão o tempo de desprendimento das bolhas de gás dos eletrodos confundiu os pesquisadores durante anos. Também é conhecido que a perda de calor ocorre quando as bolhas permanecem no eletrodo. Em uma combinação de experimentos de laboratório e cálculos teóricos, os cientistas agora geraram uma melhor compreensão das forças que atuam na bolha. "Nossas descobertas resolvem um velho paradoxo de pesquisa sobre bolhas de hidrogênio, "Eckert calculou.

p Em experimentos anteriores, os pesquisadores já notaram que as bolhas de hidrogênio começam a oscilar rapidamente. Eles investigaram esse fenômeno com mais detalhes:usando uma câmera de alta velocidade, eles capturaram a sombra das bolhas, e analisou como bolhas individuais podem se desprender de um eletrodo cem vezes por segundo, apenas para reconectá-lo imediatamente depois. Eles perceberam que uma força elétrica até então negligenciada estava competindo com a flutuabilidade, facilitando a oscilação.

p O experimento também mostrou que uma espécie de tapete de microbolhas se forma permanentemente entre a bolha de gás e o eletrodo. Acima de uma certa espessura de carpete, a força elétrica não é mais capaz de puxar a bolha de volta, permitindo que ele suba. Esse conhecimento agora pode ser usado para melhorar a eficiência de todo o processo.

p Vôos parabólicos confirmam descobertas

p Para substanciar seus resultados, os pesquisadores repetiram o experimento durante um vôo parabólico patrocinado pelo Centro Aeroespacial Alemão (DLR). Isso permitiu que examinassem como as mudanças na flutuabilidade influenciam a dinâmica das bolhas de gás. "A gravidade alterada durante uma parábola nos permitiu variar os principais parâmetros físicos, que não conseguimos influenciar no laboratório, "explicou Aleksandr Bashkatov, autor principal do estudo publicado recentemente. O Ph.D. aluno do HZDR conduziu os experimentos a bordo do vôo parabólico junto com outros colegas. Durante os períodos de gravidade zero aproximada, quando a queda livre é experimentada durante um vôo parabólico, a flutuabilidade é praticamente zero - mas é bastante aumentada no final da parábola. Os resultados dos voos também mostraram que seria difícil transferir tecnologias de hidrogênio para uso potencial no espaço - sem flutuabilidade, remover as bolhas de gás do eletrodo seria um desafio ainda maior do que na Terra.

p Aplicação de eletrolisadores de água:energias regenerativas para a região

p Apesar do fato de que os experimentos da equipe de pesquisa tiveram que ocorrer em condições laboratoriais simplificadas, as novas descobertas contribuirão para aumentar a eficiência dos eletrolisadores no futuro. Os pesquisadores, liderado por Kerstin Eckert, estão atualmente planejando formar parceria com parceiros da Fraunhofer IFAM Dresden, TU Dresden, Universidade de Ciências Aplicadas de Zittau-Görlitz e parceiros industriais locais para um projeto de exploração da produção de hidrogênio verde na região alemã de Lusatia. O objetivo do projeto é melhorar a eletrólise da água alcalina a ponto de substituir os combustíveis fósseis. "Eletrolisadores alcalinos são muito mais baratos e ecologicamente corretos, e não use recursos escassos porque não precisam de eletrodos revestidos de metal precioso. O objetivo de longo prazo do consórcio é desenvolver uma nova geração de dispositivos alcalinos poderosos, "resumiu Eckert.