Armazenamento de Energia em Hidrogênio

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Armazenar energia em hidrogênio
Um novo catalisador com atividade 20 vezes maior que a platina poderia ser usado para armazenar e
recuperar energia armazenada em ligações químicas.
Os catalisadores aceleram as reações químicas, mas o metal de platina amplamente utilizado é escasso
e caro. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven (TU / e), juntamente com
pesquisadores chineses, cingapurianos e japoneses, desenvolveram agora um catalisador alternativo a
partir de nanocages ocas de uma liga de níquel e platina, que tem uma atividade 20x maior do que a
platina sozinha.
Até 2050, o governo nacional pretende fornecer quase todas as necessidades energéticas dos Países
Baixos através de fontes sustentáveis. No entanto, como fontes de energia, como a energia solar e
eólica, não podem produzir energia de forma realista o tempo todo (ou seja, em um dia nublado), é
importante poder armazenar a energia gerada para o consumo futuro. Dada a sua baixa densidade de
energia e limitações de corrente, as baterias não são adequadas para armazenar grandes quantidades
de energia por períodos prolongados de tempo. O pesquisador da TU/e, Emiel Hensen, propõe que uma
solução melhor é utilizar a energia armazenada em ligações químicas. No estudo, que foi publicado na
Science, Hensen e colegas de trabalho usam água e um eletrolisador para converter energia elétrica em
hidrogênio, que pode ser armazenado. Quando necessário em um estágio posterior, uma célula de
combustível faz o oposto, convertendo o hidrogênio armazenado de volta em energia elétrica. Ambas as
tecnologias requerem um catalisador para impulsionar o processo.
https://science.sciencemag.org/content/366/6467/850
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Hensen diz que quer desenvolver um eletrolisador do tamanho de uma geladeira capaz de armazenar 10
megawatts de energia, no entanto, isso não seria viável usando apenas platina. Como mencionado
anteriormente, embora a platina tenha alta atividade, é muito cara e escassa, limitando seu uso em larga
escala em tais tecnologias.
“Os pesquisadores da China desenvolveram, portanto, uma liga de platina e níquel, o que reduz os
custos e aumenta a atividade”, diz Hensen. “Na TU/e, investigamos a influência do níquel nas principais
etapas de reação e, para isso, desenvolvemos um modelo computacional baseado em imagens de um
microscópio eletrônico. Com cálculos químicos quânticos, fomos capazes de prever a atividade da nova
liga e pudemos entender por que esse novo catalisador é tão eficaz”.
Testado com sucesso em uma célula de combustível
Além de implementar a nova liga, os pesquisadores também foram capazes de fazer mudanças
significativas na morfologia do catalisador. Os átomos no catalisador têm que se ligar com as moléculas
de água e / ou oxigênio para serem capazes de realizar a reação. Mais locais vinculativos levarão,
portanto, a uma atividade mais elevada. “Você quer disponibilizar o máximo de superfície de metal
possível”, acrescenta Hensen. “Os nanocages ocos desenvolvidos podem ser acessados do lado de
fora, bem como de dentro. Isso cria uma grande área de superfície, permitindo que mais material reaja
ao mesmo tempo.
Após cálculos no modelo de Hensen, verifica-se que a atividade de ambas as soluções combinadas é 20
vezes maior do que a dos catalisadores de platina atuais. Os pesquisadores também descobriram esse
resultado em testes experimentais em uma célula de combustível. “Uma crítica importante de muito
trabalho fundamental é que ele faz sua coisa no laboratório, mas quando alguém o coloca em um
dispositivo real, muitas vezes não funciona. Nós mostramos que esses novos catalisadores funcionam
em uma aplicação real.” O catalisador deve ser funcional por longos períodos de tempo se, por exemplo,
para ser usado em um carro de hidrogênio. Os pesquisadores, portanto, testaram o catalisador de
50.000 “laps” na célula de combustível e viram uma diminuição insignificante na atividade, indicando um
alto nível de estabilidade.
Electrolyzer em todos os distritos
As possibilidades para este novo catalisador são amplas, tanto na forma da célula de combustível
quanto na reação reversa em um eletrolisador. Por exemplo, as células de combustível são usadas em
carros movidos a hidrogênio, enquanto alguns hospitais já possuem geradores de emergência com
células de combustível movidas a hidrogênio. Um eletrolisador pode ser usado em parques eólicos.
O sonho de Hensen vai além: “Espero que em breve possamos instalar um eletrolisador em todos os
bairros. Este dispositivo do tamanho de uma geladeira armazena toda a energia dos painéis solares nos
telhados do bairro durante o dia como hidrogênio. Os gasodutos subterrâneos transportarão hidrogênio
no futuro, e a caldeira de aquecimento central doméstica será substituída por uma célula de combustível,
a última convertendo o hidrogênio armazenado de volta em eletricidade. É assim que podemos
aproveitar ao máximo o sol.”
Mas para que isso aconteça, o eletrolisador ainda precisa passar por um desenvolvimento considerável.
A Hensen está a trabalhar em estreita colaboração com outros investigadores da TU/e e parceiros
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industriais da região de Brabant no estabelecimento do instituto energético da TU Eindhoven. Com a
necessidade de fazer uma transição rápida e acessível para as energias renováveis, estudos e
inovações como este nunca foram tão importantes.
Adaptado com a permissão de um comunicado de imprensa publicado pela Universidade de Tecnologia
de Eindhoven.
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