Pesquisa: Hidrogênio e eletricidade a partir do etanol

Com informações da Agência Fapesp - 12/08/2022

Células a combustível que produzam hidrogênio a partir do etanol poderão ter uso estacionário e embarcado.
[Imagem: Nissan]

Reforma eletroquímica

Reforma eletroquímica é o nome de uma técnica que tem ganho espaço na produção de hidrogênio a partir da oxidação de álcoois e da quebra das moléculas da água em hidrogênio e oxigênio.

Emergindo nos últimos dois anos, graças ao trabalho de inúmeros grupos de pesquisa ao redor do mundo, esta técnica está sendo objeto de estudos também aqui no Brasil, que tem uma vantagem competitiva importante: o etanol.

"O hidrogênio é o combustível do futuro, mas o etanol não fica atrás nessa corrida. Juntos, eles podem dar ao Brasil um papel de protagonismo na luta por um combustível verde," disse professor Hamilton Varela, da USP em São Carlos (SP).

Uma das vantagens desse tipo de reação é reduzir o custo da energia elétrica ao longo do processo.

"Na produção de hidrogênio em escala comercial por eletrólise da água, aplica-se uma voltagem no sistema da ordem de 2 volts. No caso da reforma eletroquímica, esse potencial energético é muito mais baixo, entre 0,6 e 0,7 volt. Trabalha-se com uma quantidade energética um terço menor do que a exigida pela eletrólise da água," conta o pesquisador Germano Tremiliosi.

A equipe brasileira está se concentrando nos chamados "primeiros princípios", os mecanismos básicos do processo de oxidação do etanol, que é a fase mais complexa que deverá ocorrer no equipamento responsável pela produção do hidrogênio, chamado reformador.

"Por meio de simulações, a ideia é descobrir quais catalisadores favorecem a quebra da molécula do etanol, como é o caso do catalisador de platina, o mais utilizado para essa reação," contou o professor Hamilton. "É uma etapa inicial, mas primordial para o desenrolar das outras fases. Essas informações contribuem para que os demais colegas consigam desenvolver células a combustível, equipamento que utiliza o hidrogênio para gerar eletricidade, e reformadores eletroquímicos mais eficientes, ao longo do projeto."

Eletricidade estacionária e embarcada

Na reforma eletroquímica, os catalisadores desempenham papel fundamental, provocando tanto a oxidação do etanol quanto a redução da água, deste modo fazendo com que a célula de reforma eletroquímica gere hidrogênio.

"Estamos desenvolvendo catalisadores para a redução da água tanto à base de sulfetos quanto de metais de transição, como níquel e ferro, que, por sinal, são materiais mais baratos do que a platina, por exemplo, utilizada atualmente", esclarece Tremiliosi Filho.

O objetivo da equipe brasileira é desenvolver uma célula de membrana polimérica, que usará a reforma eletroquímica para converter etanol e água em hidrogênio, este então utilizado para abastecer células a combustível, que produzirão eletricidade.

"A ideia é que, no futuro, as residências ou prédios possuam células a combustível estacionárias, nos moldes do que acontece com os geradores a óleo diesel," prevê o professor Hamilton. "Essas células a combustível poderão alimentar os veículos e fornecer eletricidade para a casa. Tudo com hidrogênio."

Mas há planos também de usar a tecnologia embarcada em veículos elétricos. "Uma hipótese nesse caso seria instalar a bordo do veículo um reformador eletroquímico que processaria etanol e água em hidrogênio, para suprir a célula a combustível e fazer funcionar o motor elétrico. Mas o desenvolvimento do reformador ainda demanda muita pesquisa, inclusive em nível mundial. Ou seja, a célula a combustível direta de etanol é uma proposta de longo prazo," ressaltou Germano.

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