Um sistema simples solar que gera calor, oxigênio e hidrogênio

Por Célia Luterbacher – Ciência Plus – Europa Press – 17 de abril de 2023 – Pesquisadores na Suíça construíram um reator solar em escala piloto que produz calor e oxigênio utilizáveis, além de gerar hidrogênio com eficiência sem precedentes para seu tamanho.

Uma antena parabólica no campus da EPFL (Ecole Polytechnique Federal de Lausanne) é facilmente ignorada, lembrando uma antena parabólica ou outra infraestrutura de telecomunicações. 

Mas esta placa é especial, porque funciona como uma árvore artificial. 

Depois de concentrar a radiação solar quase 1.000 vezes, um reator no prato usa essa luz solar para converter a água em hidrogênio, oxigênio e calor renováveis.

“Esta é a primeira demonstração no nível do sistema de geração solar de hidrogênio. Ao contrário das demonstrações típicas em escala de laboratório, ele inclui todos os dispositivos e componentes auxiliares, o que nos dá uma ideia melhor da eficiência energética que você pode esperar, uma vez que você considera todo o sistema, e não apenas o dispositivo em si.”, diz em um relatório Sophia Haussener, diretora do Laboratório de Ciência e Engenharia de Energias Renováveis ​​(LRESE) da Faculdade de Engenharia.

“Com uma potência de mais de 2 mil watts, quebramos o teto de 1 quilowatt para nosso reator piloto, mantendo eficiência recorde para esta grande escala. A taxa de produção de hidrogênio alcançada neste trabalho representa um passo enorme para a apresentação comercial desta tecnologia.”

O trabalho se baseia em pesquisas preliminares que demonstram o conceito em escala de laboratório, usando o High Flux Solar Simulator da LRESE, publicado na Nature Energy em 2019.

Agora, a equipe publicou os resultados de seu produto escalável, eficiente e multiprocessado no mundo real condições na mesma revista.

A produção de hidrogênio a partir da água usando energia solar é conhecida como fotossíntese artificial, mas o sistema LRESE é único em sua capacidade de produzir calor e oxigênio em maior escala.

Depois que o prato concentra os raios solares, a água é bombeada para o seu ponto de foco, onde está alojado um reator fotoeletroquímico integrado. 

Dentro desse reator, células fotoeletroquímicas usam energia solar para eletrolisar, ou dividir, moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.

O calor também é gerado, mas em vez de ser liberado como uma perda do sistema, esse calor passa por um trocador de calor para que possa ser usado, por exemplo, para aquecimento de ambientes.

Além das saídas primárias de hidrogênio e calor do sistema, as moléculas de oxigênio liberadas pela reação de fotoeletrólise também são recuperadas e utilizadas.

“O oxigênio é muitas vezes percebido como um produto residual, mas, neste caso, também pode ser aproveitado, por exemplo, para aplicações médicas”, diz Haussener.

Energia industrial e residencial

O sistema é adequado para aplicações industriais, comerciais e residenciais; na verdade, na verdade, a SoHHytec SA, derivada da LRESE, já está a implementá-lo e a comercializá-lo.

A startup EPFL está trabalhando com uma instalação de produção de metal com sede na Suíça para construir uma planta de demonstração multiescala de 100 quilowatts que produzirá hidrogênio para processos de recozimento de metal, oxigênio para hospitais próximos e calor para aquecer água que são utilizadas nas fábricas.

“Com a demonstração do piloto na EPFL, alcançamos um marco importante ao demonstrar uma eficiência sem precedentes em altas densidades de saída de energia.

Agora estamos ampliando um sistema em uma configuração semelhante a um jardim artificial, onde cada uma dessas ‘árvores artificiais’ é implementada de maneira modular”, diz o cofundador e CEO da SoHHytec, Saurabh Tembhurne.

O sistema pode ser usado para fornecer aquecimento central residencial e comercial e água quente, e para alimentar células de combustível de hidrogênio. 

Com um nível de produção de aproximadamente meio quilo de hidrogênio solar por dia, o sistema do campus EPFL poderia alimentar cerca de 1,5 veículos movidos a célula de combustível de hidrogênio que viajam uma distância média anual; ou atender até metade da demanda de eletricidade e mais da metade da demanda anual de calor de uma família suíça típica de quatro pessoas.

Com seu sistema de fotossíntese artificial a caminho da escala comercial, Haussener já está vislumbrando novos caminhos tecnológicos.

Em particular, o laboratório está trabalhando em um sistema de energia solar em larga escala que dividiria o dióxido de carbono em vez da água, produzindo materiais úteis como gás de síntese para combustível líquido ou etileno, um precursor do plástico verde.