O hidrogênio terá um papel fundamental na redução de nossa dependência de combustíveis fósseis. Ele pode ser produzido de forma sustentável usando a energia solar para dividir as moléculas de água. A energia limpa resultante pode ser armazenada, usado para abastecer carros ou convertido em eletricidade sob demanda. Mas torná-lo confiável em grande escala e a um custo acessível é um desafio para os pesquisadores. A produção eficiente de hidrogênio solar requer materiais raros e caros - tanto para as células solares quanto para o catalisador - para coletar energia e depois convertê-la.

Cientistas do Laboratório de Ciência e Engenharia de Energia Renovável da EPFL (LRESE) tiveram a ideia de concentrar a irradiação solar para produzir uma quantidade maior de hidrogênio em uma determinada área a um custo menor. Eles desenvolveram um sistema fotoeletroquímico aprimorado que, quando usado em conjunto com irradiação solar concentrada e gerenciamento térmico inteligente, pode transformar energia solar em hidrogênio com uma taxa de conversão de 17% e potência e densidade de corrente sem precedentes. O que mais, sua tecnologia é estável e pode lidar com a dinâmica estocástica da irradiação solar diária.

Os resultados de sua pesquisa acabam de ser publicados em Nature Energy . "Em nosso dispositivo, uma fina camada de água corre sobre uma célula solar para resfriá-la. A temperatura do sistema permanece relativamente baixa, permitindo que a célula solar tenha um melhor desempenho, "diz Saurabh Tembhurne, um co-autor do estudo. "Ao mesmo tempo, o calor extraído pela água é transferido para catalisadores, melhorando assim a reação química e aumentando a taxa de produção de hidrogênio, "acrescenta Fredy Nandjou, pesquisador do LRESE. A produção de hidrogênio é, portanto, otimizada em cada etapa do processo de conversão.

Os cientistas usaram o simulador solar exclusivo do LRESE para demonstrar o desempenho estável de seu dispositivo. Os resultados das demonstrações em escala de laboratório foram tão promissores que o dispositivo foi aprimorado e agora está sendo testado ao ar livre, no campus Lausanne da EPFL. A equipe de pesquisa instalou um espelho parabólico de 7 metros de diâmetro que concentra a irradiação solar por um fator de 1, 000 e aciona o dispositivo. Os primeiros testes estão em andamento.

Estações de hidrogênio

Os cientistas estimam que seu sistema pode funcionar por mais de 30, 000 horas - ou quase quatro anos - sem nenhuma substituição de peças, e até 20 anos se algumas peças forem substituídas a cada quatro anos. Seu concentrador solar gira e segue o sol pelo céu a fim de maximizar seu rendimento. Sophia Haussener, o chefe do LRESE e o líder do projeto, explica:"Com tempo ensolarado, nosso sistema pode gerar até 1 quilograma de hidrogênio por dia, que é combustível suficiente para um carro movido a hidrogênio viajar de 100 a 150 quilômetros. "

Para distribuído, geração de hidrogênio em grande escala, vários sistemas concentradores poderiam ser usados ​​juntos para produzir hidrogênio em fábricas de produtos químicos ou para estações de hidrogênio. Tembhurne e Haussener estão planejando levar sua tecnologia do laboratório para a indústria com uma empresa spin-off chamada SoHHytec.

Software livre

Graças a uma interface aberta, será possível monitorar o desempenho instantâneo do sistema.

Como parte de sua pesquisa, os cientistas também realizaram um estudo de viabilidade tecnológica e econômica e desenvolveram um software de código aberto denominado SPECDO (Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, http://specdo.epfl.ch). Este programa pode ajudar os engenheiros a projetar componentes para sistemas fotoeletroquímicos de baixo custo para a produção de hidrogênio solar. Adicionalmente, eles forneceram uma ferramenta de benchmarking dinâmica chamada SPECDC (Solar PhotoElectroChemical Device Comparison), para a comparação e avaliação de todas as demonstrações do sistema fotoeletroquímico.