Energia e Meio Ambiente

Equipe do Imperial College produz hidrogênio a partir de algas

Equipe do Imperial College produz hidrogênio a partir de algas


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[Fonte da imagem:Roland Tanglao, Flickr]

O hidrogênio é um combustível muito limpo que está sendo cada vez mais usado como combustível veicular e para gerar eletricidade. O problema é como produzi-lo de forma eficiente, sem gerar emissões significativas de carbono e a um custo competitivo. Uma equipe de pesquisadores do Imperial College está atualmente examinando o problema e acha que sabe como fazê-lo.

Veículos de célula de combustível

Os veículos podem ser equipados com uma célula de combustível de hidrogênio que converte a energia química do hidrogênio em energia mecânica. As células de combustível fazem isso por meio de uma reação química entre o hidrogênio e o oxigênio, que por sua vez aciona um motor elétrico. Este método de alimentar veículos é agora uma parte importante da economia europeia do hidrogênio.

Em setembro de 2009, um grupo europeu de empresas, organizações governamentais e uma organização não governamental (ONG) realizaram um estudo sobre automóveis de passageiros com o objetivo de desenvolver trens de força alternativos, ou seja, aqueles que não são movidos convencionalmente a combustíveis fósseis. Algumas dessas empresas têm interesse específico no desenvolvimento de veículos elétricos a célula de combustível (FCEVs) e hidrogênio, ao lado de outras tecnologias de veículos renováveis, como veículos elétricos a bateria (BEVs), híbridos plug-in (PHEVs), como um alternativa aos seus veículos movidos a combustível fóssil fabricados convencionalmente, movidos por um motor de combustão interna (ICE). A principal vantagem desses tipos de veículos é que, com o tempo, eles poderiam ser desenvolvidos como veículos totalmente livres de emissões. Por essa razão, o desenvolvimento de tais veículos constitui uma parte importante dos esforços de descarbonização empreendidos atualmente por países em todo o mundo.

Os avanços tecnológicos em células de combustível e sistemas elétricos aumentaram significativamente a eficiência e a competitividade de custos de VEs e veículos com células de combustível nos últimos anos, de modo que agora eles estão prontos para comercialização e produção em massa para aproveitar as economias de escala. A UE também fixou agora objetivos realistas para a descarbonização do setor dos transportes até 2050. Os veículos com células de combustível a hidrogénio constituem uma parte importante desses objetivos.

Espera-se que o custo dos sistemas de células de combustível diminua em 70 por cento até 2025, em grande parte devido ao aumento da utilização da infraestrutura de reabastecimento e economias de escala. A infraestrutura de reabastecimento representa cerca de 5 por cento do custo total dos FCEVs, ou entre 1.000 euros e 2.000 euros (£ 703- £ 1407) por carro. O valor dos FCEVs, portanto, torna-se cada vez mais positivo após 2030, tanto em termos de Custo Total de Propriedade (TCO) quanto em emissões. Consequentemente, os FCEVs já começam a aparecer no mercado europeu de veículos.

Como produzir hidrogênio

O hidrogênio não ocorre naturalmente, embora seja um portador de energia. A grande maioria dos estoques existentes é feita de metano. A produção de fontes renováveis ​​de energia é viável, mas cara. Além disso, quando produzido a partir do gás natural, o hidrogênio apresenta alta intensidade de emissão.

Em uma tentativa de abordar essas questões, pesquisadores do Imperial College de Londres, Reino Unido, estão começando a olhar para as algas como um meio de produzir hidrogênio com a ajuda do sol. As algas são um dos organismos mais antigos do planeta, estando presentes na Terra há bilhões de anos. As algas convertem a luz solar em energia de forma extremamente eficiente, produzindo hidrogênio como parte do processo.

“Não acho que poderíamos ter pedido um ponto de partida melhor”, disse Pongsathorn Dechatiwongse, um aluno de doutorado no Imperial College. “A natureza forneceu um plano incrível e se pudermos aproveitar o processo, obteremos energia limpa e renovável”.

Pongsathorn está estudando no grupo de Engenharia de Reação e Tecnologia Catalítica do Imperial College, que é uma equipe multidisciplinar de cientistas que estudam química, engenharia química e ciência de materiais. O objetivo do grupo é conceber, projetar, construir, modelar, caracterizar, controlar e otimizar catalisadores, reatores e processos para síntese química e de combustível, conversão de energia e para tratamento de efluentes, resíduos e catalisadores usados. Ele usa modelagem computacional como uma parte importante de seus estudos experimentais avançados. O próprio Pongsathorn está procurando projetar e construir máquinas que usem algas como parte de um biorreator que produz hidrogênio. No entanto, o problema é como fazer isso em escala industrial e, por isso, ele está particularmente interessado tanto nos mecanismos subjacentes a esse processo quanto nas condições necessárias para que as algas funcionem de maneira eficaz.

“É como um fluxo de trabalho e precisamos conhecer cada etapa e o que pode acelerar ou desacelerar”, acrescentou Pongsathorn. “Você não acreditaria na diferença que mudanças sutis na forma de um recipiente podem fazer.”

Infelizmente, as condições ideais para a produção de hidrogênio são tóxicas para as algas, o que significa que a maioria dos sistemas tem uma vida útil limitada. A solução para isso seria continuar alimentando o sistema com algas, mas isso requer uma intervenção manual contínua.

Ou não?

Pongsathorn está pesquisando um sistema com dois biorreatores, um adequado para o crescimento de algas e outro adequado para a produção de hidrogênio. O truque é então garantir que o segundo sistema seja alimentado com algas na mesma taxa em que as algas morrem. Ao conseguir isso, a equipe do Imperial College conseguiu manter uma taxa confiável de produção contínua de hidrogênio, mas é um ato de equilíbrio muito delicado. Até o momento, a equipe conseguiu manter a produção de hidrogênio por 31 dias consecutivos, produzindo seis vezes mais hidrogênio do que um reator de câmara única.

A equipe agora pretende expandir o processo de seu estágio atual de laboratório para um sistema externo. No momento, eles estão tentando desenvolver um biorreator de saco plástico que poderia ser colocado em alguns dos telhados do campus do Imperial College em South Kensington. Eles também publicaram os resultados de suas pesquisas, até agora, na revista Algal Research.


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