De acordo com um grupo de pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, o poder do sol, do vento e do mar pode se unir em breve para produzir combustível de hidrogênio ecológico. A equipe integrou a tecnologia de purificação de água em um novo projeto experimental eletrolisador de água do mar, que usa uma corrente elétrica para separar o hidrogênio e o oxigênio nas moléculas de água.
De acordo com Bruce Logan, professor de engenharia ambiental da Kappa e professor da Universidade Evan Pugh, esse novo método de "divisão da água do mar" pode facilitar a conversão de energia eólica e solar em combustíveis armazenáveis e portáteis.
"O hidrogênio é um ótimo combustível, mas você precisa obtê-lo", disse Logan. - A única maneira sustentável de fazer isso é usar energia renovável e produzi-la a partir da água. Você também precisa usar água que as pessoas não querem usar para outros fins, e isso seria água do mar. Portanto, o Santo Graal da produção de hidrogênio teve que combinar água do mar, energia eólica e solar encontrada em ambientes costeiros e marinhos”.
Apesar da abundância de água do mar, ela não costuma ser utilizada para separação de água. Se a água não for dessalinizada antes de ser alimentada no eletrolisador – uma etapa adicional cara – os íons de cloro na água do mar se transformam em gás de cloro tóxico, que destrói o equipamento e se infiltra no meio ambiente.
Para evitar isso, os pesquisadores inseriram uma membrana fina e semipermeável originalmente projetada para purificar a água no tratamento de osmose reversa (RO). A membrana de osmose reversa substituiu a membrana de troca iônica comumente usada em eletrolisadores.
"A ideia por trás da osmose reversa é que você coloca uma pressão realmente alta na água, empurrando-a através da membrana e mantendo os íons de cloro para trás", disse Logan.
No eletrolisador, a água do mar não passará mais pela membrana de osmose reversa, mas será retida por ela. A membrana é usada para separar as reações que ocorrem perto de dois eletrodos submersos – um ânodo carregado positivamente e um cátodo carregado negativamente – conectados a uma fonte de energia externa. Quando a energia é ligada, as moléculas de água começam a se dividir no ânodo, liberando minúsculos íons de hidrogênio chamados prótons e formando gás oxigênio. Os prótons então passam através da membrana e se combinam com os elétrons no cátodo para formar o gás hidrogênio.
Com uma membrana de osmose reversa instalada, a água do mar permanece no lado do cátodo e os íons de cloro são muito grandes para passar pela membrana e chegar ao ânodo, impedindo a formação de gás cloro.
Mas na divisão da água, como Logan apontou, outros sais são deliberadamente dissolvidos na água para torná-la condutora. A membrana de troca iônica, que filtra os íons por carga elétrica, permite que os íons do sal passem por ela. Não há membrana de osmose reversa.
Como o movimento de íons maiores é limitado pela membrana RO, os pesquisadores precisavam testar se os minúsculos prótons que se moviam pelos poros eram suficientes para manter uma alta corrente elétrica.
Em uma série de experimentos, os pesquisadores testaram duas membranas de osmose reversa disponíveis comercialmente e duas membranas de troca catiônica, um tipo de membrana de troca iônica que permite o movimento de todos os íons carregados positivamente no sistema. Cada um deles foi testado quanto à resistência da membrana ao movimento dos íons. A quantidade de energia necessária para completar as reações também foi calculada, a formação de hidrogênio e oxigênio gasosos foi monitorada, a interação com os íons de cloro e os danos à membrana foram analisados.
Os pesquisadores receberam recentemente uma doação de US$ 300 da National Science Foundation (NSF) para continuar a pesquisa sobre a eletrólise da água do mar. Logan espera que sua pesquisa desempenhe um papel crucial na redução das emissões de dióxido de carbono em todo o mundo.
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