Produção de hidrogênio por eletrólise de água e fontes renováveis

Dentre as fontes de energias renováveis, o hidrogênio (H2) é considerado uma alternativa à utilização dos combustíveis fósseis nos transportes, já que apresenta impactos ambientais mínimos. O hidrogênio é um combustível limpo, com poder calorífico superior de 141,86 kJ/g, a 25oC e 1 atm, produz apenas água como produto de combustão e pode ser utilizado em células a combustível. A chamada economia de hidrogênio prevê um novo paradigma econômico que se baseia no hidrogênio como vetor energético e não mais em uma economia dependente quase em sua totalidade de recursos não renováveis.

Por não ser encontrado em sua forma livre na natureza, a produção do hidrogênio pode ser feita por fontes renováveis, o que pode reduzir significativamente os impactos ambientais. A eletrólise da água, por exemplo, é um processo relativamente simples para obtenção de hidrogênio, com pureza de até 99,999% em volume a depender da secagem e eliminação de impurezas do gás.

Ela consiste na separação de suas moléculas nos gases hidrogênio e oxigênio pela passagem de corrente elétrica contínua. A corrente flui entre dois eletrodos separados e imersos em um eletrólito, o qual tem a função de aumentar a condutividade iônica do meio. Um diafragma ou separador deve ser utilizado para evitar a mistura dos gases gerados nos eletrodos.

Os eletrodos devem ser resistentes à corrosão, apresentar boa condutividade elétrica, boas propriedades catalíticas e integridade estrutural. O eletrólito não pode se modificar durante o processo e nem deve reagir com os eletrodos. O diafragma serve também para evitar o curto circuito entre os eletrodos, deve possuir uma alta condutividade iônica e estabilidade física e química.

A eletrólise da água combinada com fontes de energias renováveis, como a hidráulica, eólica e solar fotovoltaica, é considerada uma forma limpa e sustentável de produção de hidrogênio.

No caso da combinação de energia solar fotovoltaica com a eletrólise da água, o método é relativamente simples de se obter hidrogênio. A eletricidade gerada pelas placas fotovoltaicas pode ser diretamente aplicada no sistema eletrolítico. A energia armazenada no gás pode ser utilizada posteriormente para o fornecimento de energia elétrica por meio das células a combustível, eliminando a intermitência inerente da energia solar.

A maioria das células solares é formada pela junção de duas camadas muito finas de silício cristalino, tratadas cada uma de uma maneira especial. Pelo silício não ser um bom condutor de eletricidade, é necessário adicionar impurezas ao cristal para alterar suas propriedades e torná-lo um condutor melhor, como por exemplo adicionando o fósforo e boro. Há também as células fotovoltaicas de silício policristalino e de silício amorfo, ambas de produção mais barata.

É importante lembrar que dois fatores influenciam predominantemente o desempenho dos sistemas fotovoltaicos: a irradiância incidente e sua distribuição espectral e a temperatura de operação das placas fotovoltaicas. Em uma mesma temperatura, a corrente elétrica gerada aumenta linearmente com o aumento da irradiância solar incidente, enquanto a tensão de circuito aberto aumenta de forma logarítmica.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado , defendida por Dayana D'Arc de Fátima Palhares, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia, sob orientação dos professores João Jorge Ribeiro Damasceno, Luiz Gustavo Martins Vieira.