Uma nova maneira de gerar combustível de hidrogênio a partir da água do mar

A divisão da água em hidrogénio e oxigénio apresenta uma alternativa aos combustíveis fósseis, mas a água purificada é um recurso precioso. Uma equipa liderada por Stanford desenvolveu agora uma forma de aproveitar a água do mar – a fonte mais abundante da Terra – para obter energia química.

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

Hongjie Dai e seu laboratório de pesquisa na Universidade de Stanford desenvolveram um protótipo que pode gerar combustível de hidrogênio a partir da água do mar. (Crédito da imagem: Cortesia de H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney)

As descobertas, publicadas em 18 de março no Proceedings of the National Academy of Sciences, demonstram uma nova maneira de separar o gás hidrogênio e oxigênio da água do mar por meio da eletricidade. Os métodos existentes de divisão de água dependem de água altamente purificada, que é um recurso precioso e de produção cara.

Teoricamente, para abastecer cidades e carros, “é necessário tanto hidrogênio que não é concebível usar água purificada”, disse Hongjie Dai, professor de química da JG Jackson e CJ Wood na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e co-autor sênior do artigo. papel. “Mal temos água suficiente para as nossas necessidades atuais na Califórnia.”

O hidrogênio é uma opção atraente de combustível porque não emite dióxido de carbono, disse Dai. A queima de hidrogénio produz apenas água e deverá aliviar o agravamento dos problemas das alterações climáticas.

Dai disse que seu laboratório apresentou uma prova de conceito com uma demonstração, mas os pesquisadores deixarão que os fabricantes dimensionem e produzam o design em massa.

Como conceito, dividir a água em hidrogénio e oxigénio com electricidade – chamada electrólise – é uma ideia simples e antiga: uma fonte de energia liga-se a dois eléctrodos colocados na água. Quando a energia é ligada, o gás hidrogênio borbulha na 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 os componentes da água do mar quebrassem os ânodos submersos.

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

Eles colocaram uma camada de hidróxido de níquel-ferro sobre o sulfeto de níquel, que cobre um núcleo de espuma de níquel. A espuma de níquel atua como condutor – transportando eletricidade da fonte de energia – e o hidróxido de níquel-ferro desencadeia a eletrólise, separando 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 uma contra a outra, a camada carregada negativamente repele o cloreto e impede que ele atinja o metal do núcleo.

Sem o revestimento com carga negativa, o ânodo só funciona cerca de 12 horas na água do mar, de acordo com Michael Kenney, estudante de graduação no laboratório Dai e co-autor principal do artigo. “Todo o eletrodo se desfaz”, disse Kenney. “Mas com essa camada é capaz de durar mais de mil horas.”

Estudos anteriores que tentaram separar a água do mar em combustível de hidrogênio utilizaram baixas quantidades de corrente elétrica, porque a corrosão ocorre em correntes mais altas. Mas Dai, Kenney e os seus colegas conseguiram conduzir até 10 vezes mais eletricidade através do seu dispositivo multicamadas, o que ajuda a gerar hidrogénio a partir da água do mar a um ritmo mais rápido.

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

Os membros da equipe realizaram a maior parte dos testes em condições controladas de laboratório, onde puderam 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 por sais, o aparelho atendeu às tecnologias atuais que utilizam água purificada. “O que é impressionante neste estudo é que fomos capazes de operar com correntes elétricas iguais às usadas na indústria hoje”, disse Kenney.