O hidrogênio representa uma opção promissora para energia poderosa e limpa.
Cientistas e engenheiros de todo o país celebram o Dia Nacional do Hidrogênio e da Célula de Combustível todo dia 8 de outubro, uma data apropriadamente escolhida pelo peso atômico do hidrogênio (1,008).

O combustível de hidrogênio desempenhará um papel na promoção de um ambiente mais limpo e na redução do uso de combustíveis fósseis em muitas indústrias. Por exemplo, as células de combustível de hidrogênio são atraentes como fontes alternativas de energia para veículos, edifícios e outras aplicações devido ao seu rápido tempo de reabastecimento, alta eficiência, alta densidade de energia e ausência de emissões ou subprodutos nocivos.

Mas antes que o hidrogênio possa atingir todo o seu potencial, ele precisa ser menos caro e mais fácil de produzir.

Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão trabalhando para melhorar o desempenho e reduzir o custo das tecnologias de hidrogênio e células de combustível, com soluções de pesquisa e desenvolvimento da escala atômica à comercial.

Como parte da celebração nacional, eles respondem a perguntas comuns sobre o hidrogênio como transportador de energia.

De onde vem o hidrogênio?

O hidrogênio é o elemento químico mais simples, consistindo em apenas um próton e um elétron. É também o elemento mais abundante do universo, constituindo cerca de 75% de toda a matéria normal. A molécula de hidrogênio (dois átomos de hidrogênio juntos) contém uma quantidade substancial de energia.

Grandes quantidades de hidrogênio existem na água e nos seres vivos, mas as moléculas de hidrogênio normalmente não ocorrem sozinhas na Terra. Aqui, o hidrogênio geralmente deve ser produzido a partir de outras substâncias que o contêm. Os cientistas atualmente usam uma variedade de métodos para isso. Uma das principais abordagens atuais para produzir hidrogênio sem o uso de combustíveis fósseis é dividir a água usando energia nuclear ou fontes de energia renováveis, como energia eólica, solar, geotérmica e hidrelétrica.

Os cientistas também estão desenvolvendo processos mais eficientes para apoiar a futura produção de combustível de hidrogênio. Uma abordagem potencial é produzir hidrogênio a partir de biomassa, como bactérias e algas, aproveitando e imitando processos biológicos como a fotossíntese.

O que é uma célula de combustível de hidrogênio?

As células de combustível de hidrogênio convertem a energia química armazenada no hidrogênio e no gás oxigênio em eletricidade. Ao contrário dos motores de combustão a gasolina, não há dióxido de carbono ou outras emissões nocivas. O único escape é o calor e a água. E, ao contrário das baterias, as células de combustível não requerem recarga demorada.

Dentro da célula, as moléculas de hidrogênio são divididas em prótons e elétrons. Os elétrons fluem através de um circuito, criando um suprimento de eletricidade utilizável. Ao mesmo tempo, os prótons se combinam com elétrons e moléculas de oxigênio do ar circundante para produzir água e calor, as únicas emissões.

Como as células de combustível de hidrogênio podem ser usadas?

As tecnologias de combustível de hidrogênio podem ser aplicadas em muitos setores da economia. As células de combustível de hidrogênio podem fornecer energia para transporte, construção de infraestrutura, armazenamento de energia para a rede e muito mais.

Por exemplo, edifícios residenciais e comerciais podem usar hidrogênio como energia de backup. Os veículos já estão sendo movidos por células de combustível de hidrogênio, e essa tecnologia se tornará mais popular à medida que as tecnologias melhorarem. Isso se aplica não apenas a carros, mas também a ônibus, trens, navios, aviões e veículos off-road e outros veículos pesados. Estações de varejo em todo o país podem armazenar e distribuir hidrogênio com segurança em um futuro próximo.

Quais são as barreiras para a implementação em larga escala do combustível de hidrogênio?

O hidrogênio apresenta um caminho promissor para energia limpa em larga escala, mas produzir hidrogênio confiável, acessível e seguro traz alguns desafios.

Por exemplo, a produção limpa de hidrogênio geralmente requer catalisadores, que são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas. Muitos desses catalisadores usam materiais escassos, como platina e irídio. Há uma ênfase atual no desenvolvimento de abordagens que reduzirão a necessidade de catalisadores que contenham esses e outros materiais caros e críticos.

Construir uma infraestrutura nacional de fornecimento de hidrogênio também é um grande desafio. Cidades, rodovias, aeroportos e muito mais exigirão mudanças significativas na infraestrutura para acomodar o armazenamento, transporte e reabastecimento de hidrogênio.

Durabilidade e desempenho também apresentam desafios, tanto para a produção de hidrogênio a partir da água quanto para o uso de hidrogênio em células de combustível. Sob condições operacionais realistas, as células de combustível precisam manter o desempenho por longos períodos de tempo (mais de um milhão de milhas para caminhões de longo curso) sob todos os tipos de condições.

Os cientistas da Argonne estão enfrentando esses desafios de vários ângulos, aproveitando instalações e conhecimentos de classe mundial para avançar a ciência do hidrogênio e acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de células de combustível.

Sua pesquisa está tornando as células de combustível mais acessíveis e duráveis; melhorar a eficiência, durabilidade e custo dos veículos com células de combustível; quantificar a pegada de carbono de diferentes métodos de produção e uso de hidrogênio; e reduzindo o custo do hidrogênio produzido a partir da substância mais abundante e livre de carbono na Terra – a água. + Explorar mais

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