Pesquisadores da Universidade de Birmingham desenvolveram um novo método de produção de hidrogênio em baixa temperatura que poderia tornar os combustíveis limpos mais baratos e mais práticos. A tecnologia pode ser usada tanto em grandes instalações centralizadas quanto em sistemas locais menores que utilizam calor residual de grandes operações industriais.
O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo e é amplamente considerado como uma importante fonte de energia limpa. Quando utilizado como combustível, produz apenas água e calor, em vez de dióxido de carbono e outros poluentes associados aos combustíveis fósseis. O hidrogênio também pode alimentar células de combustível que geram eletricidade. Apesar destas vantagens, aproximadamente 95% da produção actual de hidrogénio ainda depende de combustíveis fósseis.
Novo catalisador reduz significativamente a temperatura do hidrogênio
Uma forma promissora de produzir hidrogénio é através da divisão termoquímica da água, um processo no qual um catalisador separa a água em hidrogénio e oxigénio. Os sistemas termoquímicos existentes requerem temperaturas extremamente altas. A decomposição da água geralmente ocorre entre 700-1000 ohC, enquanto a etapa de regeneração do catalisador geralmente requer uma temperatura de 1300-1500°C ohC antes do início de outro ciclo de produção.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Yulong Ding, da Escola de Engenharia Química da Universidade de Birmingham, mostrou que essas temperaturas podem ser significativamente reduzidas usando catalisadores de perovskita.
De acordo com a publicação em Jornal Internacional de Energia de Hidrogênioo novo catalisador produz grandes quantidades de hidrogênio em temperaturas de 150-500 ohC. Também pode ser regenerado na faixa de temperatura de 700-1000 ℃ ohC. Cerca de 500 ohC inferior aos métodos atuais.
O professor Ding disse: “A temperatura geral mais baixa de todo o processo permite que o hidrogênio seja produzido perto de usinas de energia renovável, enquanto os setores industriais básicos, como aço, cimento, vidro e produtos químicos, têm calor residual abundante que pode ser usado como entrada de calor para produção de hidrogênio em baixa temperatura. Se o hidrogênio for usado localmente, isso superará as barreiras impostas pelo armazenamento e transporte, permitindo que o combustível de hidrogênio seja usado sem infraestrutura cara. “
Potenciais vantagens de custo em relação ao hidrogénio verde e azul
Os pesquisadores também conduziram uma análise econômica preliminar. Seus resultados mostram que o uso de novos catalisadores de perovskita para dividir a água pode produzir hidrogênio a um custo menor do que o hidrogênio verde (produzido através da eletrólise da água) e o hidrogênio azul (produzido a partir do metano através da captura e armazenamento de carbono).
Em áreas onde a electricidade renovável é relativamente barata, incluindo países como a Austrália, os benefícios económicos são particularmente fortes.
O projeto é conduzido em colaboração com a Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim (USTB). A Universidade de Birmingham está atualmente trabalhando para comercializar a tecnologia no Reino Unido e na Europa. A University of Birmingham Enterprise apresentou um pedido de patente envolvendo o uso de catalisadores BNCF para separação de água em baixa temperatura e está procurando parceiros para ajudar a desenvolver ainda mais a tecnologia.
Por que a divisão termoquímica da água é importante
Embora o hidrogênio seja o elemento mais abundante no universo, o gás hidrogênio puro não é comumente encontrado na Terra. Em vez disso, o hidrogênio é geralmente combinado com outros elementos, mais comumente água e combustíveis de hidrocarbonetos, como gás natural, carvão e petróleo. A produção de hidrogênio requer a quebra desses compostos.
Hoje, o principal método de produção é a reforma a vapor, que separa o hidrogênio do metano. Este processo é responsável por quase metade da produção global de hidrogénio. No entanto, também produz CO2limitando os seus benefícios ambientais, a menos que sejam adicionados sistemas de captura e armazenamento de carbono.
A eletrólise oferece uma alternativa mais limpa porque utiliza eletricidade para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Mesmo assim, ainda é mais caro do que a produção baseada em metano, que atualmente fornece apenas cerca de 4% do hidrogénio mundial.2 Exigir.
Outros métodos emergentes baseiam-se em reações impulsionadas pela luz para produzir hidrogénio a partir da água. Apesar da sua promessa, estas tecnologias fotónicas ainda estão numa fase inicial e enfrentam barreiras à eficiência, escalabilidade e custo.
Como funcionam os catalisadores de perovskita
As perovskitas são materiais com uma estrutura semelhante a uma rede que absorvem oxigênio em sua estrutura e ajudam a quebrar compostos que contêm oxigênio.
A equipe de Birmingham se concentrou em uma família específica de perovskitas chamada BNCF, que é feita de bário, nióbio, cálcio e ferro. Esses materiais são relativamente abundantes, não requerem processos de fabricação complexos e não contêm ingredientes tóxicos.
Os pesquisadores descobriram que as perovskitas BNCF podem absorver oxigênio em temperaturas muito mais baixas do que se pensava anteriormente. Dos materiais testados, a versão BNCF100 apresentou o melhor desempenho.
A pesquisa mostra que o BNCF100 pode ser regenerado em temperaturas mais baixas do que os catalisadores de divisão de água existentes, continuando a produzir hidrogênio ao longo de 10 ciclos de produção. A análise de difração de raios X mostra que as mudanças estruturais do material durante o processo de teste são muito pequenas, mostrando forte estabilidade.
O professor Ding disse: “Nossa pesquisa revela um catalisador capaz de produzir grandes quantidades de hidrogênio a temperaturas relativamente baixas, e estudos técnico-econômicos preliminares mostram que é econômico em comparação com as vias existentes de produção de hidrogênio azul e verde.”
