Tornar o hidrogénio verde mais acessível
Novos materiais para eletrólise
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O hidrogénio verde - produzido a partir da água com recurso a energias renováveis - é um importante combustível sustentável e um meio de armazenamento de energia. No entanto, a sua produção industrial é significativamente mais cara do que a produção convencional de hidrogénio a partir de fontes fósseis. Os investigadores da Empa e os seus parceiros estão a desenvolver materiais para a eletrólise da água que não só são eficientes e mais rentáveis, como também podem ser ampliados para um nível industrial.
O investigador da Empa, Konstantin Egorov, reveste componentes de aço inoxidável com óxido de titânio resistente à corrosão para tornar a produção de hidrogénio verde mais rentável.
Empa
O hidrogénio pode substituir parcialmente os combustíveis fósseis, o que o torna uma pedra angular da transição energética. A ideia é simples: eletricidade de fontes renováveis mais água é igual a hidrogénio e oxigénio. Se o hidrogénio for queimado como combustível, reage com o oxigénio atmosférico para formar água, e o ciclo fica completo - sem quaisquer emissões de gases com efeito de estufa.
Pelo menos, este é o cenário ideal. Na realidade, a produção de hidrogénio "verde" através da eletrólise enfrenta uma forte concorrência. Mais de 90 por cento deste hidrogénio é atualmente obtido a partir de fontes fósseis, principalmente do gás natural. A principal razão para isso é que o hidrogénio mais sustentável da eletrólise é cerca de duas vezes mais caro de produzir.
Num projeto apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Suíça (SNSF) e pela Agence Nationale de la Recherche (ANR) francesa, os investigadores da Empa do laboratório de Materiais para a Conversão de Energia pretendem alterar esta situação. Os materiais utilizados nos electrolisadores são um dos factores de custo da eletrólise. Juntamente com investigadores dos institutos de investigação franceses French Corrosion Institute em Brest e LEMTA em Nancy, os investigadores da Empa estão a trabalhar em alternativas mais acessíveis para dois componentes-chave dos dispositivos de eletrólise.
Resistir à corrosão
Os investigadores estão a centrar-se na eletrólise da água por membrana de permuta de protões, ou PEMWE, abreviadamente. Os electrolisadores PEMWE são eficientes e compatíveis com as flutuações de energia que se podem esperar das fontes renováveis. No entanto, o ambiente no interior do eletrolisador é corrosivo. No núcleo do eletrolisador, o aço dissolve-se simplesmente "como açúcar numa chávena de chá", diz Konstantin Egorov, investigador da Empa. E mesmo as peças que não entram em contacto com o núcleo altamente ácido são corroídas. Mesmo pequenas quantidades de metais dissolvidos na água ultra-pura que entra no dispositivo para ser electrolisada prejudicam o seu desempenho e durabilidade.
Por isso, os componentes para o transporte da água e dos gases resultantes no interior do eletrolisador são feitos de titânio, que é caro e difícil de processar. Mas mesmo isso não é suficiente: Para evitar que o titânio se oxide e reduza a eficácia do dispositivo, os componentes têm de ser revestidos com o metal precioso platina, o que aumenta ainda mais os custos.
O cientista de materiais Egorov está à procura de uma forma de substituir o dispendioso revestimento de platina, ao mesmo tempo que proporciona a necessária proteção contra a corrosão. Para isso, está a utilizar uma forma especial de óxido de titânio conhecida como rutilo altamente cristalino e deficiente em oxigénio. Este óxido tem falta de átomos de oxigénio em determinados locais, o que confere ao material uma boa condutividade, enquanto a sua estrutura altamente cristalina resulta numa elevada resistência à corrosão - exatamente os pré-requisitos certos para a eletrólise PEMWE. Os investigadores estão também a substituir o material de suporte de titânio por aço. "Além de serem mais económicos, os componentes de aço são muito mais fáceis de fabricar, o que permite aos engenheiros criar designs mais avançados que melhoram o desempenho das células", explica Egorov. Graças ao revestimento robusto, o ambiente corrosivo já não deve ser capaz de danificar o material.
Pensar na produção industrial desde o início
Os primeiros resultados mostram a elevada resistência à corrosão do revestimento inovador. "Conseguimos desenvolver um método para revestir com sucesso o primeiro componente do eletrolisador PEMWE, a chamada placa bipolar, com óxido de titânio", diz Egorov. O método que o cientista da Empa está a utilizar chama-se deposição física de vapor (PVD) e é amplamente utilizado na indústria. "É importante para nós desenvolver algo que a indústria possa efetivamente utilizar", sublinha o investigador.
Os componentes que Egorov fabrica na Empa são submetidos a testes de corrosão exaustivos pelos seus parceiros, primeiro em condições de laboratório e depois num eletrolisador em funcionamento. A placa bipolar já passou com sucesso os testes. De seguida, os investigadores pretendem revestir com óxido de titânio outro componente-chave, a chamada camada de transporte porosa.
"O revestimento de materiais porosos coloca muitos desafios", diz Egorov. Os poros têm de ser revestidos uniformemente para que o material subjacente não sofra corrosão - mas, ao mesmo tempo, não podem ficar bloqueados. O perito em revestimentos está confiante de que isto pode ser conseguido. O projeto decorrerá até 2026, após o que os investigadores da Empa esperam atrair parceiros industriais para desenvolver a tecnologia inovadora com vista à sua comercialização.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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