O hidrogênio como transportador de energia pode nos ajudar a nos afastar dos combustíveis fósseis, mas apenas se for criado de forma eficiente. Uma maneira de melhorar a eficiência é usar o calor residual que sobra de outros processos industriais.

Em junho, a Agência Internacional de Energia confirmou o que a maioria dos especialistas já sabe:que o mundo deve trabalhar mais para impulsionar o uso de hidrogênio puro como fonte de energia livre de emissões.

Um dos desafios de criar hidrogênio, Contudo, é que requer energia - muita energia. A IEA diz que a produção de todo o hidrogênio de hoje usando apenas eletricidade exigiria 3600 TWh, que é mais do que é gerado anualmente pela União Europeia.

Mas e se você pudesse usar uma fonte existente de energia desperdiçada para ajudar na produção de hidrogênio? Uma nova abordagem desenvolvida por pesquisadores da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia faz exatamente isso - usando o calor residual de outros processos industriais.

"Encontramos uma maneira de usar o calor que, de outra forma, não vale muito, "disse Kjersti Wergeland Krakhella, o primeiro autor de um artigo sobre o processo publicado na revista acadêmica MDPI Energies. "É de baixa qualidade, calor de baixa temperatura, mas pode ser usado para fazer hidrogênio. "

Um sétimo da produção de eletricidade da Noruega

O calor residual é exatamente o que parece - calor produzido como subproduto de um processo industrial. Qualquer coisa, desde uma caldeira industrial até uma usina de transformação de energia, produz calor residual.

Na maioria das vezes, esse excesso de calor tem que ser liberado para o meio ambiente. Especialistas em energia dizem que o calor residual dos negócios e indústrias da Noruega é equivalente a 20 TWh de energia.

Para colocar isso em perspectiva, Todo o sistema hidrelétrico da Noruega produz 140 TWh de eletricidade por ano. Isso significa que existe uma grande quantidade de calor desperdiçado que poderia ser potencialmente utilizado.

Membranas e sais

Os pesquisadores usaram uma técnica chamada eletrodiálise reversa (RED), que se baseia em soluções de sal e duas variedades de membranas de troca iônica.

Para entender o que os pesquisadores realmente fizeram, primeiro você tem que entender como funciona a técnica RED.

Em vermelho, uma membrana, chamada de membrana de troca aniônica, ou AEM, permite que elétrons carregados negativamente (ânions) se movam através da membrana, enquanto uma segunda membrana, chamada de membrana de troca catiônica, ou CEM, permite que elétrons carregados positivamente (cátions) fluam através da membrana.

As membranas separam uma solução salina diluída de uma solução salina concentrada. Os íons migram da solução concentrada para a diluída, e porque os dois tipos diferentes de membranas são alternados, eles forçam os ânions e cátions a migrar em direções opostas.

Quando essas colunas alternadas são colocadas entre dois eletrodos, a pilha pode gerar energia suficiente para dividir a água em hidrogênio (no lado do cátodo) e oxigênio (no lado do ânodo).

Essa abordagem foi desenvolvida na década de 1950 e usou pela primeira vez água salgada e água de rio.

O que Krakhella e seus colegas fizeram, Contudo, era usar um tipo diferente de sal chamado nitrato de potássio. O uso desse tipo de sal permitiu que eles usassem o calor residual como parte do processo.

Reutilizar os sais usando calor residual

Se você executar as pilhas RED descritas acima, em algum ponto, as soluções concentradas e diluídas de sal tornam-se cada vez mais semelhantes, então eles têm que ser atualizados.

Isso significa que você precisa encontrar uma maneira de aumentar a concentração do sal na solução concentrada e remover o sal da solução diluída. É aí que entra o calor residual.

Os pesquisadores testaram dois sistemas.

O primeiro era quando o calor residual era usado para evaporar a água da solução concentrada para torná-la mais concentrada.

O segundo sistema usou o calor residual para fazer com que o sal precipitasse da solução diluída (portanto, será menos salgado).

"Se você encontrar uma maneira de remover a água ou o sal, você fez o trabalho, "Disse Krakhella.

Ambos tiveram benefícios

Quando os pesquisadores analisaram seus resultados, eles viram que usar a tecnologia de membrana existente e o calor desperdiçado para evaporar a água de seu sistema produzia mais hidrogênio por área de membrana do que a abordagem de precipitação.

A produção de hidrogênio foi quatro vezes maior para o sistema de evaporação operado a 25 C e duas vezes maior para o sistema operado a 40 C em comparação ao seu sistema de precipitação.

Isso o tornou um candidato melhor do ponto de vista de custo.

Contudo, o processo de precipitação foi melhor em termos de demanda de energia, os pesquisadores descobriram. Por exemplo, a energia necessária para produzir um metro cúbico de hidrogênio usando o processo de precipitação era de apenas 8,2 kWh, em comparação com 55 kWh para o processo de evaporação.

Novo sistema com muitas possibilidades

Enquanto o trabalho de Krakhella prova que o conceito funcionará, ela trabalhou principalmente com um modelo de bancada de laboratório e muitos cálculos de computador. Ainda há muito trabalho a ser feito, principalmente no que diz respeito ao tipo de sal usado no processo.

Os pesquisadores escolheram nitrato de potássio para seu sistema de sal, mas outros sais também podem funcionar, ela disse.

"É um sistema completamente novo, "ela disse." Nós vamos precisar fazer mais testes com outros sais em outras concentrações. "

Preços de membrana são fator limitante

Outro problema que continua a limitar a produção de hidrogênio é que as próprias membranas continuam extremamente caras.

Krakhella espera que, à medida que as sociedades procuram se afastar dos combustíveis fósseis, o aumento da demanda reduzirá o preço das membranas, além de melhorar as características das próprias membranas.

"As membranas são a parte mais cara do nosso sistema, "Krakhella disse." Mas todos sabem que precisamos fazer algo em relação ao meio ambiente, e o preço é potencialmente muito mais alto para a sociedade se não desenvolvermos energia livre de poluição. "