O hidrogênio “verde” é a produção de combustíveis de hidrogênio usando fontes de gerações livres de emissões, como energia solar e eólica. Embora se espere que veículos movidos a bateria e usinas de energia renovável constituam uma grande parte da transição energética, o hidrogênio verde atraiu interesse de caminhões pesados e casos de uso industrial devido à sua capacidade de despachar grandes quantidades de energia.
A produção de hidrogênio verde normalmente adota a abordagem “indireta” usando energia solar e eólica para alimentar eletrolisadores. Esses eletrolisadores atingiram eficiências de cerca de 30%.
Uma equipe de pesquisa do Instituto de Combustíveis Solares Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) está investigando outro caminho para a produção de hidrogênio livre de emissões, por meio de um processo que eles chamam de abordagem “direta”. A abordagem é descrita em um artigo recente da Nature Communications.
A equipe está desenvolvendo fotoeletrodos que convertem a luz do sol em energia elétrica, são estáveis em soluções aquosas e dividem cataliticamente a água em hidrogênio. Os fotoeletrodos são acoplados com materiais catalisadores, criando o componente ativo em uma célula fotoeletroquímica (PEC).
Atualmente, as melhores células PEC são capazes de atingir eficiências próximas a 10% e são feitas de absorvedores de óxido metálico relativamente estáveis e de baixo custo.
Embora sejam significativamente menos eficientes do que suas contrapartes indiretas de hidrogênio verde, as células PEC têm algumas vantagens. O calor da luz solar direta pode ser usado para acelerar as reações. E, como as densidades variam de dez a 100 vezes menos com essa abordagem, materiais mais abundantes e baratos podem ser usados como catalisadores, disseram os pesquisadores.
Competitividade
Apesar desses elementos promissores da abordagem PEC, a análise tecnoeconômica e a análise de energia líquida mostraram que ela ainda não é competitiva com a abordagem convencional de produção de hidrogênio verde. O combustível de hidrogênio dos sistemas PEC custa cerca de US$ 10 por kg, cerca de seis vezes mais do que o hidrogênio “azul” da reforma do vapor de metano fóssil a US$ 1,50 por kg.
Além disso, estima-se que a demanda cumulativa de energia para separação de água PEC seja quatro a 20 vezes maior do que para produção de hidrogênio com energia renovável e eletrolisadores.
Apesar desse abismo na relação custo-benefício entre as abordagens, a equipe de pesquisa do HZB Institute está testando outros benefícios potenciais do PEC. O grupo testou os efeitos de como o hidrogênio produzido reage ainda mais com ácido itacônico no mesmo reator para formar ácido metil succínico (MSA). MSA é outro combustível químico que pode ser usado para despachar grandes quantidades de energia como o hidrogênio.
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