Quando se trata de formas mais limpas de alimentar nossos carros, duas principais opções estão surgindo: veículos elétricos com bateria e veículos elétricos com célula de combustível de hidrogênio (HCEV) como o Toyota Mirai. Embora os veículos elétricos sejam o principal foco de maioria dos fabricantes, os HCEV mostraram ser menos poluentes que os veículos a gasolina. Mas existem muitas maneiras de produzir hidrogênio e nem todas elas são tão verdes quanto gostaríamos. Mas novos métodos de produção são o assunto de um novo estudo da Universidade de Michigan, e os pesquisadores afirmam ter encontrado uma forma de não apenas tornar a produção de hidrogênio mais limpa, mas também mais barata.
O Hidrogênio é uma excelente substituição para o petróleo em motores de combustão interna. Estudos mostraram que é um combustível muito verde no final da linha e não seria necessário muito para converter os carros atuais para funcionar com o elemento natural e bastante abundante. Infelizmente, o problema é como obtemos esse elemento nas quantidades de que precisamos agora. Atualmente, o hidrogênio é produzido de várias formas, como eletrólise (usando eletricidade para separar hidrogênio e oxigênio de moléculas de água) ou a partir de gás natural – e ambos têm desvantagens. Mas e se usássemos o sol para criar hidrogênio em vez disso? De acordo com FuelCellWorks, a Universidade de Michigan pode ter uma forma mais eficiente de fazer isso.
O novo processo é chamado de fotossíntese artificial e, embora não seja uma nova ideia, o novo experimento mostra uma grande melhoria na eficiência, ainda maior do que a fotossíntese natural. O processo envolve catalisadores semicondutores e requer calor para tornar o processo mais rápido e evitar a re-ligação de oxigênio e hidrogênio de volta. Mas o calor necessário é demais para os semicondutores atuais conseguirem lidar.
Na verdade outra parte da solução era encolher o semicondutor. “Diminuímos o tamanho do semicondutor em mais de 100 vezes em comparação com alguns semicondutores que só funcionam com baixa intensidade de luz”, disse Peng Zhou, que é pesquisador de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Michigan e primeiro autor deste estudo. A equipe também utilizou a tecnologia de semicondutores “auto-curativos” e testou o processo em uma fonte de luz 160 vezes mais poderosa do que a luz solar na Terra. Utiliza de forma eficiente parte da luz incidente para aquecer a água, e a outra para dividir as moléculas de água, o que significa mais hidrogênio para colher e um grande aumento na eficiência geral.
Como isso tudo funciona?
Embora a teoria seja boa, a Universidade de Michigan precisou realizar o experimento para provar que funciona e potencialmente mostrar que funciona no mundo real. Um dos dois experimentos foi realizado ao ar livre e usando luz natural que é intensificada por uma lente do tamanho de uma janela em sua casa. A luz é concentrada no catalisador semicondutor que tinha uma camada de água nele, o que então começou a liberar os gases de hidrogênio e oxigênio. O semicondutor é feito de nitrato de galio e indio que foi cultivado em uma superfície de silício.
Nesse teste real, ao ar livre, esta fotossíntese artificial foi capaz de alcançar uma eficiência de 6,1% na sua conversão de água em hidrogênio, o que é quase 10 vezes mais eficiente do que os experimentos de separação de água solar. Quando levaram o experimento para dentro, aumentou sua eficiência para 9%. O próximo passo é melhorar ainda mais sua eficiência e aumentar a pureza do hidrogênio. Se conseguirem fazer isso, isso permitirá que essa forma de fotossíntese artificial alimente diretamente as células de combustível e reduza o uso extra de energia e os custos envolvidos com esse processo. “No final”, disse Zetian Mi, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Michigan e líder do estudo, “acreditamos que os dispositivos de fotossíntese artificial serão mais eficientes do que a fotossíntese natural, o que fornecerá um caminho para a neutralidade de carbono.”
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