Hidrogénio

Parece magia. A Toyota quer fazer combustível (hidrogénio) do ar

A aposta nos veículos a pilha de combustível (fuel cell) por parte da Toyota abrange também pesquisa avançada na produção de hidrogénio.

O comunicado oficial da Toyota não podia começar de forma mais utópica: “Parece magia: colocamos um dispositivo específico em contacto com o ar, expomo-lo à luz solar, e começa a produzir combustível, de graça”.

De graça? Como?

Primeiro o combustível a que se referem não é gasolina ou gasóleo, mas sim hidrogénio. E como sabemos, a Toyota é um dos principais atores nesta área, a dos veículos a pilha de combustível, ou fuel cell, que recorrem ao hidrogénio para gerar a energia elétrica necessária para colocar o veículo em marcha.

Um dos grandes entraves à expansão desta tecnologia reside, precisamente, na produção do hidrogénio. Apesar de ser o elemento mais abundante do universo, infelizmente surge sempre “agarrado” a outro elemento — um exemplo comum é o da molécula da água, H2O —, o que obriga a complicados e onerosos processos para o separar e armazenar.

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Toyota célula fotoeletroquímica

E como a Toyota recorda, a produção de hidrogénio recorre ainda a combustíveis fósseis, cenário que a marca japonesa pretende mudar.

De acordo com o comunicado da Toyota Motor Europe (TME) conseguiram um importante avanço tecnológico. Em parceria com a DIFFER (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) desenvolveram um dispositivo capaz de absorver o vapor de água presente no ar, separando diretamente o hidrogénio e oxigénio recorrendo apenas à energia solar daí o conseguirmos combustível de graça.

Existem essencialmente duas razões para este desenvolvimento conjunto. Primeiro, necessitamos de combustíveis novos e sustentáveis — tal como o hidrogénio —, capazes de reduzir a nossa dependência dos combustíveis fósseis; segundo, é necessário reduzir a emissão dos gases de estufa.

A divisão de Pesquisa Avançada de Materiais da TME e o grupo dos Processos Catalíticos e Eletromecânicos para Aplicações Energéticas da DIFFER, liderado por Mihalis Tsampas, trabalharam em conjunto para conseguir um método da divisão da água nos seus elementos constituintes na sua fase gasosa (vapor) e não na mais comum fase líquida. As razões são clarificadas por Mihalis Tsampas:

Trabalhar com gás em vez de líquido tem várias vantages. Os líquidos apresentam alguns problemas, como a formação não pretendida de bolhas. Além do mais, ao usar água na sua fase gasosa ao invés de na fase líquida, não necessitamos de onerosas instalações para purificar a água. E finalmente, como apenas usamos água presente no ar que nos rodeia, a nossa tecnologia é aplicável em locais remotos onde a água não está disponível.

Mihalis Tsampas, Processos Catalíticos e Eletromecânicos para Aplicações Energéticas da DIFFER

O primeiro protótipo

A TME e a DIFFER demonstraram o funcionamento do princípio, desenvolvendo uma nova célula fotoeletroquímica de estado sólido capaz de capturar água do ar ambiente, onde, após exposição solar, começou a gerar hidrogénio.

Toyota célula fotoeletroquímica
O protótipo da célula fotoeletroquímica.

Este primeiro protótipo conseguiu atingir uns impressionantes 70% da performance obtida por um dispositivo equivalente preenchido com águaprometedor. O sistema é composto por membranas poliméricas de eletrólitos, fotoelétrodos porosos e materiais absorventes de água, combinados num dispositivo específico com uma membrana integrada.

Os próximos passos

O prometedor projeto, face aos resultados já obtidos, conseguiu que lhe fossem atribuídos fundos do Fundo NWO ENW PPS. O próximo passo passa por melhorar o dispositivo. O primeiro protótipo recorria a fotoelétrodos conhecidos por serem muito estáveis, mas tinha as suas limitações, como Tsampas refere: “… o material usado apenas absorvia luz UV, que compõe menos de 5% de toda a luz solar que chega à Terra. O próximo passo passa por aplicar materiais de ponta e otimizar a arquitetura para aumentar a absorção de água e da luz solar”.

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Após ultrapassar este obstáculo, talvez seja possível escalar a tecnologia. As células fotoeletroquímicas usadas para produzir hidrogénio são muito pequenas (à volta de 1 cm2). Para serem economicamente viáveis têm de crescer, pelo menos, duas a três ordens de magnitude (100 a 1000 vezes maiores).

De acordo com Tsampas, apesar de ainda não terem chegado lá, tem esperança que este tipo de sistemas no futuro possam servir não só para ajudar a locomover os automóveis, como também dar energia a habitações.

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