Novo dispositivo pode produzir hidrogênio quando mergulhado em água salgada

John Timmer - 30 de novembro de 2022 21h55 UTC

Com a energia renovável a tornar-se mais barata, há um ímpeto crescente para encontrar formas de armazená-la economicamente. As baterias podem lidar com fluxos de curto prazo na produção, mas podem não ser capazes de lidar com deficiências de longo prazo ou mudanças sazonais na produção de energia. O hidrogénio é uma das várias opções que estão a ser consideradas e que tem potencial para servir como uma ponte a longo prazo entre períodos de elevada produtividade renovável.

Mas o hidrogénio traz consigo os seus próprios problemas. Obtê-lo dividindo a água é bastante ineficiente em termos de energia, e armazená-lo por longos períodos pode ser um desafio. A maioria dos catalisadores de produção de hidrogénio também funciona melhor com água pura – não necessariamente um item fácil de obter, uma vez que as alterações climáticas estão a aumentar a intensidade das secas.

Um grupo de investigadores baseados na China desenvolveu agora um dispositivo que pode produzir hidrogénio quando começa com água do mar – na verdade, o dispositivo precisa de estar na água do mar para funcionar. O conceito-chave para fazê-lo funcionar será familiar para qualquer pessoa que entenda como funciona a maioria das roupas impermeáveis.

Roupas impermeáveis ​​e respiráveis ​​contam com uma membrana com poros cuidadosamente estruturados. A membrana é feita de um material que repele a água. Tem poros, mas são pequenos demais para permitir a passagem de água líquida. Mas eles são grandes o suficiente para que moléculas individuais de água possam passar. Como resultado, qualquer água na parte externa da roupa permanece lá, mas qualquer transpiração que evapora na parte interna ainda fluirá através do tecido e seguirá para o mundo exterior. Como resultado, o tecido respira.

Uma membrana semelhante é fundamental para o funcionamento do novo dispositivo. Ele evita que a água líquida transite através da membrana, mas permite a passagem do vapor d'água. A grande diferença é que existe água líquida em ambos os lados da membrana.

Do lado de fora há água do mar, com sua coleção padrão de sais. No interior, há uma solução concentrada de um único sal – hidróxido de potássio (KOH), neste caso – que é compatível com o processo de eletrólise de produção de hidrogênio. Submerso na solução de KOH está um conjunto de eletrodos que produzem hidrogênio e oxigênio em ambos os lados de um separador, mantendo os fluxos de gás puros.

Então, o que acontece quando o hardware começa a funcionar? À medida que a água dentro do dispositivo é dividida, produzindo hidrogênio e oxigênio, os níveis reduzidos de água aumentam a concentração da solução de KOH (que começou muito mais concentrada que a água do mar). Isto torna energeticamente favorável que a água se mova através da membrana a partir da água do mar para diluir o KOH. E, por causa dos poros, isso é possível, mas apenas se a água se mover na forma de vapor.

Como resultado, a água existe brevemente no estágio de vapor enquanto está dentro da membrana e depois retorna rapidamente ao estado líquido quando está dentro do dispositivo. Toda a complexa mistura de sais da água do mar é deixada fora da membrana, e um fornecimento constante de água doce é fornecido aos eletrodos que a dividem. Criticamente, tudo isso ocorre sem o uso de energia normalmente envolvido na dessalinização, tornando o processo geral mais eficiente em termos energéticos do que a limpeza da água para uso em um eletrolisador padrão.

Tudo isso parece ótimo em princípio, mas será que realmente funciona? Para descobrir, a equipe montou um dispositivo e o utilizou na água do mar da Baía de Shenzhen (uma entrada ao norte de Hong Kong e Macau). E, em quase todas as medidas de desempenho razoáveis, funcionou bem.

Manteve o desempenho mesmo após 3.200 horas de uso, e a microscopia eletrônica da membrana após o uso indicou que os poros permaneciam desobstruídos neste ponto. O KOH usado no sistema não era completamente puro, por isso continha baixos níveis dos íons encontrados na água do mar. Mas esses níveis não aumentaram com o tempo, confirmando que o sistema mantinha a água do mar fora da câmara de eletrólise. Em termos de energia, o sistema consumiu quase tanta energia quanto um eletrolisador padrão, confirmando que a purificação da água não exigia nenhum custo energético.