Fonte: spectrum.ieee.org
Os painéis solares estão se multiplicando em telhados e jardins em todo o mundo à medida que as comunidades clamam por eletricidade renovável. Mas engenheiros na Bélgica dizem que os painéis poderiam fazer mais do que manter as luzes acesas — eles também poderiam produzir gás hidrogênio no local, permitindo que as famílias aquecessem suas casas sem expandir suas pegadas de carbono.
Uma equipe emKatholieke Universiteit Leuven, ou KU Leuven,diz que desenvolveuum painel solar que converte a luz solar diretamente em hidrogênio usando umidade no ar. O protótipo pega o vapor de água e o divide em moléculas de hidrogênio e oxigênio. Se for dimensionada com sucesso, a tecnologia pode ajudar a enfrentar um grande desafio enfrentado pela economia de hidrogênio.
O hidrogênio, ao contrário dos combustíveis fósseis, não produz emissões de gases de efeito estufa ou poluição do ar quando usado em veículos ou edifícios movidos a células de combustível. No entanto, quase todo o hidrogênio produzido hoje é feito usando umprocesso industrialque envolve gás natural, e isso, em última análise, bombeia mais emissões para a atmosfera.
Um pequeno, mas crescente número de instalações está produzindo hidrogênio "verde" usando eletrólise, que divide moléculas de água usando eletricidade — idealmente de fontes renováveis, como eólica e solar. Outros pesquisadores, incluindo a equipe na Bélgica, estão desenvolvendo o que é chamado de tecnologias diretas de divisão de água solar. Estes usam componentes químicos e biológicos para dividir a água diretamente no painel solar, esquecendo a necessidade de grandes e caras usinas de eletrólise.
"Encontrar uma maneira de criar hidrogênio de uma maneira mais fácil ou mais eficiente é talvez uma busca do Santo Graal", dizJim Fenton, que dirige oCentro de Energia Solar da Flóridana Universidade da Flórida Central.
KU Leuvenfica em um campus gramado em Flandres, a região norte da Bélgica de língua holandesa. No início deste mês, professorJohan Martense sua equipe noCentro de Química de Superfície e Catáliseanunciou que seu protótipo poderia produzir 250 litros de hidrogênio por dia em média durante um ano inteiro, o que eles afirmam ser um recorde mundial. Uma família que vive em uma casa belga bem isolada poderia usar cerca de 20 desses painéis para atender às suas necessidades de energia e aquecimento durante um ano inteiro, eles prevêem.
O painel solar mede 1,65 metros de comprimento — aproximadamente a altura de uma geladeira de cozinha, ou este repórter — e tem uma potência nominal de cerca de 210 watts. O sistema pode converter 15% da energia solar que recebe em hidrogênio, diz a equipe. É um salto significativo em relação à eficiência de 0,1% que alcançaram pela primeira vez há 10 anos. (Separadamente, pesquisadores internacionais no ano passadodisse que eles alcançaram19% de eficiência na produção de hidrogênio a partir da divisão direta da água solar.)
No entanto, o laboratório de Martens estava de boca fechada sobre sua tecnologia.Tom Bosserez, um pesquisador de pós-doutorado, recusou-se a divulgar quaisquer detalhes, citando preocupações de propriedade intelectual. Ele diz apenas que o laboratório é especializado em "catalisadores, membranas e adsorventes".
"Usando nossa expertise nesta área, conseguimos desenvolver um sistema muito eficiente em tirar água do ar e dividi-la em hidrogênio usando energia solar", escreveu Bosserez em um e-mail. Questionado sobre alguns dos desafios de engenharia que enfrentaram durante uma década de desenvolvimento, ele diz: "A parte mais difícil é tirar a água do ar".
Trabalhos acadêmicos oferecem pistas dispersas sobre a tecnologia, embora Bosserez diga que sua pesquisa "vai além do que publicamos". Nos últimos anos, os engenheiros estudaram a eficácia de uma variedade de materiais, incluindo poroso, multi-junçãocélulas solares de silíciocom "dimensões de poros em escala de micrômetros";catalisadores de filme finofeito de óxido de manganês (III); e um poli (álcool vinil)membrana de troca de íonsenvolvendo uma solução de hidróxido de potássio e catalisadores à base de níquel.
Martens diz geralmente que sua equipe está usando "matérias-primas baratas" em vez de metais preciosos e outros componentes caros. "Queríamos projetar algo sustentável que seja acessível e possa ser usado praticamente em qualquer lugar",ele disse vrt, uma rede pública de radiodifusão na Bélgica.
Pesquisadores planejam testar seu protótipo em uma casa na cidade rural de Oud-Heverlee. O hidrogênio seria armazenado em um pequeno navio de pressão subterrânea durante os meses de verão, depois bombeado por toda a casa durante o inverno. Se tudo correr de acordo com o plano, Martens diz que a equipe poderia instalar 20 painéis na casa, ou construir um sistema de bairro maior para permitir que outras famílias usassem o hidrogênio "verde".
Fenton, do Centro de Energia Solar da Flórida, diz que é muito cedo para determinar se ou quando painéis solares produtores de hidrogênio poderiam se tornar economicamente viáveis. A tecnologia ainda está em estágio inicial de desenvolvimento e, particularmente, nos Estados Unidos, os combustíveis de aquecimento existentes, como o gás natural, são relativamente baratos. No entanto, à medida que os países trabalham para enfrentar as mudanças climáticas, e à medida que mais comunidades instalam infraestrutura de energia renovável local, como a solar no telhado, ele vê um papel potencial para esses sistemas de hidrogênio.
"Se a aplicação der certo, ela pode se emprestar muito bem à geração de hidrogênio que eu poderia armazenar e usar para o aquecimento da minha casa, para cozinhar, talvez executá-lo no meu carro de célula de combustível", diz Fenton. "São esses tipos futuristas de oportunidades. Mas ainda é algo para o qual precisamos nos preparar."
