Pesquisadores descobrem forma de produzir hidrogênio sem gastar energia

Pesquisadores da Penn State desenvolveram uma célula de eletrólise com pilha RED que produz hidrogênio puro a partir de águas residuais

Atualmente, a economia mundial é movida a combustíveis fósseis. Mas sabemos que a dependência desses recursos finitos, que estão poluindo o planeta, é insustentável a longo prazo. Isso levou à busca de alternativas para produção de energia, e o hidrogênio é um dos principais candidatos. Mas tem um problema: é que o hidrogênio é um portador de energia, ao invés de uma fonte de energia. Hidrogênio puro não ocorre naturalmente e é preciso energia – normalmente gerada por combustíveis fósseis – para isolá-lo. Diante deste quadro, pesquisadores da Pennsylvania State University desenvolveram uma maneira de produzir hidrogênio que não usa eletricidade da rede e é neutra em carbono, podendo ser usado em qualquer lugar onde exista esgoto perto de água do mar.

O trabalho dos pesquisadores gira em torno de células microbianas de electrólise (MEC’s, na sigla em inglês) – uma tecnologia relacionada às células de combustível microbianas, que produzem uma corrente elétrica a partir da decomposição microbiana de compostos orgânicos. As MEC’s realizam o processo inverso, empregando eletricidade para gerar compostos orgânicos. Ou seja, esta tecnologia ainda dependeria de energia vinda da rede elétrica para produzir hidrogênio. É aí que entram o Professor Bruce Logan e seu companheiro de pós-doutorado, Younggy Kim. Eles empregaram pilhas RED (que realizam um processo chamado eletrodiálise reversa) para produzir a energia necessária ao uso dos MEC’s. Bom, e o esgoto e água do mar, o que têm a ver com tudo isso? É que as pilhas RED consistem de um compartimento, separado por membranas, que contém, de um lado água salgada, e do outro, água de esgoto. A diferença de carga (que é função da quantidade de íons em cada porção d’água) entre o esgoto e a água salgada gera uma tensão, que pode fornecer corrente elétrica. Cada RED pode conter vários pares de membranas, sempre alternando água salgada e água de esgoto.

Para quebrar a água em hidrogênio e oxigênio usando a tecnologia RED, é necessária uma tensão de 1,8 volt, o que exigiria cerca de 25 pares de membranas, resultando em aumento da resistência no bombeamento da água e do esgoto. Mas, combinando tecnologia de RED com bactérias que consomem material orgânico e produzem uma corrente elétrica – os pesquisadores foram capazes de reduzir o número de pilhas RED necessárias para cinco pares de membrana.

Pesquisas anteriores mostraram que, por si só, as células MEC poderiam produzir, de forma independente, cerca de 0,3 volt de eletricidade, mas não a tensão mínima de 0,414 volt necessária para gerar o hidrogênio. Ou seja, uma adição de menos de 0,2 volt já é suficiente para separar o hidrogênio da água. Agora, incorporando 11 membranas – cinco pares de membrana que produzem cerca de 0,5 volt – as células são capazes de produzir hidrogênio.

A voltagem que acrescentamos  é muito menor que o 1,8 volt necessário para hidrólise da água (quebra das moléculas em hidrogênio e oxigênio)”, diz Logan. Líquidos biodegradáveis e rejeitos de celulose são abundantes e, produzindo hidrogênio sem aporte de energia, podemos nos livrar do esgoto e subprodutos. Isto pode ser uma fonte inesgotável de energia.”