Avanço na separação de água promete promessa de energia renovável acessível
Uma equipe desenvolveu um sistema de eletrólise da água mais barato que funciona em condições alcalinas, mas ainda produz hidrogênio a taxas comparáveis ao sistema atualmente usado, que funciona em condições ácidas e requer metais preciosos. Esse avanço reduz o custo da tecnologia de separação de água, oferecendo uma maneira mais viável de armazenar energia da energia solar e eólica na forma de combustível de hidrogênio
Um avanço na divisão da água em suas partes pode ajudar a compensar as energias renováveis, mesmo quando o sol não está brilhando e o vento não está soprando.
Utilizando a energia solar e eólica quando ele está disponível para a separação da água, um processo que usa a eletricidade para dividir H 2 O em hidrogénio e oxigénio, oferece uma maneira de armazenar energia sob a forma de combustível hidrogénio.
Atualmente, o sistema mais popular usado para separar a água, ou eletrólise da água, conta com metais preciosos como catalisadores, mas uma equipe de pesquisa colaborativa, incluindo cientistas do Laboratório Nacional Los Alamos e da Universidade Estadual de Washington, desenvolveu um sistema que usa menos caro e mais abundante materiais. Eles descrevem o avanço em um artigo publicado na Nature Energy em 9 de março.
"O atual sistema de eletrólise da água usa um catalisador muito caro. Em nosso sistema, usamos um catalisador à base de níquel-ferro, que é muito mais barato, mas o desempenho é comparável", disse Yu Seung Kim, pesquisador do Laboratório Nacional Los Alamos. e autor correspondente no artigo.
Atualmente, a maior parte da separação de água é realizada usando um equipamento chamado eletrolisador de água com membrana de troca de prótons, que gera hidrogênio a uma alta taxa de produção. É caro e funciona sob condições muito ácidas, exigindo catalisadores de metais preciosos, como platina e irídio, além de placas de metal resistentes à corrosão, feitas de titânio.
A equipe de pesquisa trabalhou para resolver esse problema dividindo a água em condições alcalinas ou básicas com um eletrolisador de membrana de troca aniônica. Este tipo de eletrolisador não precisa de um catalisador à base de metais preciosos. De fato, uma equipe liderada por Yuehe Lin, professor da Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais da WSU, criou um catalisador baseado em níquel e ferro, elementos que são mais baratos e mais abundantes no meio ambiente.
A equipe de Lin compartilhou seu desenvolvimento com Kim em Los Alamos, cuja equipe, por sua vez, desenvolveu o ligante de eletrodo para usar com o catalisador. O ligante de eletrodo é um polímero condutor de hidróxido que liga os catalisadores e fornece um ambiente de alto pH para reações eletroquímicas rápidas.
A combinação do ligante de eletrodo desenvolvido em Los Alamos e o catalisador da WSU aumentaram a taxa de produção de hidrogênio para quase dez vezes a taxa dos eletrolisadores de membrana de troca aniônica anteriores, tornando-o comparável com o mais caro eletrolizador de membrana de troca de prótons.
Atualmente, cerca de 10 milhões de toneladas métricas de hidrogênio são produzidas nos Estados Unidos todos os anos, principalmente pelo uso de gás natural em um processo chamado reforma do gás natural, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA. O hidrogênio produzido a partir de um processo de separação de água que é alimentado por eletricidade a partir de energia renovável possui muitos benefícios econômicos e ambientais, disse Lin.
"A separação de água é uma tecnologia limpa, mas você precisa de eletricidade para fazer isso", disse Lin, que também é o autor correspondente no artigo. "Agora temos muita energia renovável, energia eólica e solar, mas é intermitente. Por exemplo, à noite não podemos usar energia solar, mas se durante o dia podemos usar energia extra para convertê-la em outra coisa, como o hidrogênio, isso é muito promissor ".
O mercado global de geração de hidrogênio deverá chegar a US $ 199,1 bilhões até 2023. Os mercados potenciais de energia de hidrogênio incluem tudo, desde conversão de massa em massa e gerenciamento da rede de energia até células de combustível para carros. Lin estima que existem aproximadamente 600 parques eólicos nos Estados Unidos prontos para conexões diretas aos sistemas de eletrólise da água.
Além de Los Alamos e WSU, pesquisadores do Pajarito Powder e Sandia National Laboratories também contribuíram para este trabalho. Esta pesquisa foi apoiada pelo HydroGen Advanced Water Splitting Materials Consortium, estabelecido sob o Departamento de Energia dos EUA e o programa JCDREAM do estado de Washington.
Fonte da história:
Fornecidos pela Washington State University . Original escrito por Sara Zaske. Nota: O conteúdo pode ser editado por estilo e duração.
Referência da revista :
- Dongguo Li, Eun Joo Park, Wenlei Zhu, Qiurong Shi, Yang Zhou, Hangyu Tian, Yuehe Lin, Alexey Serov, Barr Zulevi, Ehren Donel Baca, Cy Fujimoto, Hoon T. Chung e Yu Seung Kim. Ionômeros de poliestireno altamente quaternizados para eletrolisadores de água de membrana de troca aniônica de alto desempenho . Nature Energy , 2020; DOI: 10.1038 / s41560-020-0577-x
Universidade Estadual de Washington. "O avanço da separação de água é promissor para energia renovável acessível". ScienceDaily. ScienceDaily, 9 de março de 2020.
Science Daily
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