Produção de hidrogênio a partir da água do mar

A água do mar, que representa mais de 95% da água da Terra, pode tornar-se um recurso fundamental na produção sustentável de combustível de hidrogénio limpo com a utilização de catalisadores de separação de água desenvolvidos por uma equipa liderada pela KAUST.

A divisão da água pode constituir um caminho apelativo para a neutralidade carbónica, especialmente quando associada a fontes de energia renováveis, como a energia solar e a eólica. A divisão da água envolve a quebra da água em uma célula eletroquímica para produzir hidrogênio no cátodo enquanto gera oxigênio no ânodo sob tensão aplicada. No entanto, os catalisadores de evolução de hidrogênio e oxigênio que funcionam bem em água doce tornam-se menos eficazes na água do mar devido à abundância de íons que podem promover reações indesejadas e envenenar os catalisadores.

Íons cloreto altamente corrosivos presentes na água do mar sofrem reações complexas que competem com a evolução do oxigênio e geram compostos nocivos, como o hipoclorito. Como a produção de hidrogênio depende de reações estáveis ​​e eficientes em ambos os eletrodos, esses íons são um grande desafio para a divisão da água do mar.

O químico explica que a formação de hipoclorito pode ocorrer porque exige uma tensão operacional mais baixa para atender às necessidades industriais do que a reação de evolução do oxigênio.

Uma maneira de resolver esse problema é projetar catalisadores anódicos seletivos com requisitos de tensão mais baixos. Um catalisador anódico monocamada de níquel-irídio apresentou melhor desempenho e estabilidade na água do mar graças aos efeitos sinérgicos entre seus componentes metálicos.

A equipe desenvolveu uma abordagem que fornece eletrocatalisadores de evolução de hidrogênio estáveis ​​e de alta eficiência para a divisão da água do mar. Os pesquisadores criaram pequenos reatores cúbicos, nos quais o catalisador era envolto em uma camada protetora de sulfeto de molibdênio. O núcleo do catalisador consistia em um composto ativo redox à base de molibdênio suportado em carbono e apresentava uma estrutura nanoporosa ordenada semelhante a zeólita.
Usando uma abordagem baseada em estrutura metálica orgânica, os pesquisadores combinaram precursores de complexos metálicos com o ligante imidazol na presença de surfactante para gerar cubos de zinco-molibdênio semelhantes a zeólitos. Eles misturaram as estruturas resultantes com tioacetamida em etanol sob refluxo para formar uma fase cúbica de óxido de molibdênio confinada em uma fina camada de sulfeto de zinco.

Em seguida, eles converteram quimicamente a fase cúbica no composto ativo redox encapsulado em sulfeto de molibdênio desejado em alta temperatura antes de gravar seletivamente a camada externa de sulfeto de zinco para produzir os nanorreatores.

Os nanorreatores exibiram alta atividade eletrocatalítica e estabilidade tanto em água doce quanto em água do mar. "A notável atividade e estabilidade são atribuídas à sua estrutura única."

O núcleo exibia numerosos sítios ativos que aumentavam a produção de hidrogênio e a casca apresentava vários defeitos em suas camadas, especialmente buracos de tamanho subnanômetro que permitiam que as moléculas de água permeassem e acessassem os sítios ativos internos.

Agindo como uma cota de malha, o shell também bloqueou e impediu o depósito de sais nos locais ativos.
A arquitetura hierárquica do nanorreator isola a eletrólise das reações colaterais. “Semelhante a uma casa inteligente, a reação principal ocorre nos quartos, enquanto as reações secundárias acontecem no quintal”.

Acredite ou não, a água do mar é uma excelente base para combustível. Isso ocorre porque a água do mar contém um coquetel de elementos como hidrogênio, oxigênio, sódio e outros, todos essenciais para o desenvolvimento da vida na Terra. A parte do combustível aqui vem do hidrogênio encontrado na água do mar. Infelizmente, extrair o gás hidrogénio do resto dos elementos tem sido um grande desafio, pelo menos até agora.

O dispositivo produz o que equivale ao combustível da água do mar, injetando água do mar em um sistema de funil que a conduz através de um sistema de filtragem de membrana dupla. Este sistema também utiliza eletricidade para extrair com sucesso o hidrogénio da água do mar, separando-o efetivamente dos outros elementos encontrados nos nossos oceanos. Os resultados deste novo estudo mostram que poderá ajudar a avançar em novos esforços para produzir combustíveis com baixo teor de carbono.

A grande vantagem aqui foi que o sistema não criou um monte de subprodutos prejudiciais, algo que eles viram em outros sistemas. A maioria dos sistemas atuais de água para hidrogênio usa uma membrana de camada única. No entanto, desta vez os investigadores juntaram duas camadas e mostraram uma forma melhor de controlar a forma como os iões na água do mar se moviam dentro da experiência, o que a tornou mais eficaz.

Ser capaz de criar combustível de hidrogénio utilizando água do mar seria útil porque é um combustível de baixo carbono, que é actualmente utilizado para fazer funcionar veículos eléctricos com células de combustível, e até funciona como uma opção de armazenamento de longa duração para redes de energia. Tentativas anteriores de produzir gás hidrogênio exigiam água doce ou dessalinizada e, embora tenhamos visto sistemas de dessalinização de água bem-sucedidos, é muito mais caro e consome muita energia.
Isso porque purificar a água antes de usá-la requer sistemas caros, bem como energia e até complexidade adicional ao dispositivo, enquanto um dispositivo que pode usar água do mar para criar combustível de hidrogênio não exigiria essas peças extras.

Produzir hidrogênio a partir da água do mar parece a realização de um sonho!
É abundante, gratuito e fácil.
A água do mar é uma fonte quase ilimitada de matéria-prima e não há ninguém aqui para faturá-la. Qualquer um pode obter um balde cheio de graça.
Os principais players do setor certamente se apaixonarão pela ideia.
O processo de extração de hidrogênio é fácil. A água do mar contém uma grande quantidade de gás hidrogênio dissolvido. É necessária uma simples eletrólise para extraí-lo – até fizemos isso quando éramos adolescentes nas aulas de física!

Aqui está como funciona
É natural, armazenável e seguro
A água do mar é considerada uma fonte de energia renovável que poderia ajudar a reduzir a nossa dependência da energia fóssil. E o processo de extração não gera emissões de carbono.

O hidrogênio pode ser armazenado
O hidrogênio armazenado pode ser usado para gerar eletricidade ou alimentar veículos exatamente quando necessário.
Compensa a intermitência de outras energias renováveis ​​– dias chuvosos ou sem vento. É perfeito para regiões com acesso a grandes massas de água marinha, mas com poucos recursos energéticos convencionais.
Pode ajudar a reduzir o aquecimento global, garantir a segurança energética e proteger o ambiente.

Fácil, realmente
O processo consome muita energia: a extração de hidrogênio da água do mar requer uma grande quantidade de energia e a eficiência geral é bastante baixa.
A produção é cara: a construção da infra-estrutura exige um investimento inicial muito elevado. A manutenção também é crucial, pois o teor de sal da água do mar pode causar corrosão e outros problemas técnicos.
Os locais são raros: estes locais precisam de considerar a profundidade e a qualidade da água, bem como a proximidade de fontes de energia. Nem todas as regiões são adequadas para a produção de hidrogénio a partir da água do mar!
E finalmente, não é tão seguro quanto você imagina!

O processo libera gás cloro.
Este gás combina-se com outros elementos naturais e forma dioxinas que poluem a água, contaminam os peixes e são transferidas para os seres humanos e animais de maior porte que comem os peixes.

Você quer alguns exemplos? Combina com
Water =>ácido clorídrico, efeito tóxico agudo em todas as formas de vida.
Hydrogen =>gás cloreto de hidrogênio, composto altamente explosivo
Acetileno, um gás que pode ser produzido por alguns organismos marinhos, como bactérias e certas espécies de algas. Combina-se em dicloroetano, um composto altamente explosivo.

Éter, vestígios em certas espécies de algas. Combina-se em cloroacetaldeído, um composto cancerígeno altamente tóxico.
Amônia, comumente produzida por organismos marinhos. Combina-se em cloraminas, um irritante respiratório altamente tóxico.
Uma inovação promissora com potencial para revolucionar o setor de energia limpa
A produção de hidrogénio a partir da água do mar pode fazer uma diferença drástica e ajudar a enfrentar o aquecimento global de uma forma mais sustentável.
Tem também o potencial de reduzir a nossa dependência dos combustíveis fósseis e avançar para um futuro mais limpo, mais sustentável e acessível.
Estas promessas tornam muito fácil ignorar os muitos desafios e riscos envolvidos.
Este é o meu apelo aos principais intervenientes económicos e energéticos: por favor, respiremos fundo, sentemo-nos e pensemos nisso por um momento.

Os investigadores afirmaram no comunicado de imprensa que trabalhar com água do mar seria uma opção mais económica, uma vez que a purificação da água é cara, consome muita energia e acrescenta complexidade aos dispositivos. Além disso, a água doce natural contém impurezas que são problemáticas para a tecnologia moderna, além de ser um recurso limitado no planeta.
Além de desenvolver um sistema de membrana de água do mar para hidrogênio, a equipe observou que o estudo forneceu uma melhor compreensão geral de como os íons da água do mar se movem através das membranas. Esse conhecimento poderia ser aplicado a outras áreas, como a produção de gás oxigênio.
Além disso, eles disseram que a compreensão do fluxo e conversão de íons no sistema de membrana bipolar é essencial para o esforço de produção de oxigênio por meio da eletrólise, e a equipe mostrou que a membrana bipolar poderia gerar gás oxigênio junto com a produção de hidrogênio em seu experimento.
A equipe pretende melhorar os eletrodos e membranas usando materiais mais disponíveis e de fácil extração. Esse aprimoramento no design poderia tornar muito mais simples dimensionar o sistema de eletrólise para um tamanho necessário para gerar hidrogênio para atividades de uso intensivo de energia, como transporte.

Os produtos são vendidos em todas as regiões da China e exportados para países ao redor do mundo. Eles foram vendidos em mais de 20 países e regiões, incluindo Estados Unidos, Alemanha, Marrocos, Quênia, Arábia Saudita, Vietnã, Argélia, Índia, Tanzânia e Taiwan. Forneceu com sucesso empresas conhecidas, como China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Speciality, Tony Electronics, Zheng Energy Group e outras empresas conhecidas. Existem muitas estações de hidrogenação de hidrogênio verde, como Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc., que fornecem projetos verdes e de produção de hidrogênio.