Produção de hidrogênio solar bate recorde mundial de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/08/2016

Partindo de componentes baratos e já testados, o sistema solar-químico gera hidrogênio com uma eficiência de 14,2%. [Imagem: Infini Lab/EPFL]

Hidrogênio solar

Como podemos armazenar a energia solar ou a energia eólica para os momentos em que o Sol não brilha ou o vento não sopra? Uma solução é convertê-la em hidrogênio através da eletrólise da água.

A ideia é utilizar a corrente elétrica produzida por um painel solar ou gerador eólico para quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio, um combustível limpo, pode então ser armazenado para uso futuro para produzir eletricidade sob demanda, ou como um combustível em células a hidrogênio.

Mas é aqui que as coisas ficam complicadas. Embora diferentes tecnologias de produção de hidrogênio solar - muitas vezes também chamadas de fotossíntese artificial - venham dando resultados promissores em laboratório, elas ainda são muito instáveis ou caras, e precisam ser melhor desenvolvidas para uso em escala comercial.

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Recorde mundial na produção de hidrogênio

Conhecendo as deficiências das abordagens já utilizadas, pesquisadores suíços decidiram combinar componentes que já se provaram eficazes em larga escala, em utilizações na indústria, para desenvolver um sistema que fosse robusto e eficaz.

O protótipo é composto pela interligação de três células solares inovadoras, que produzem altas tensões, acopladas a um sistema de eletrólise que não depende de catalisadores de metais raros, como a platina ou o ródio, tradicionalmente utilizados.

O dispositivo mostrou-se capaz de converter a energia solar em hidrogênio a uma taxa de 14,2% e funcionou pelas mais de 100 horas ininterruptas que durou o teste inicial.

As células solares de heterojunção, que geram tensões mais elevadas, foram cruciais para o sucesso do novo sistema de produção de hidrogênio solar. [Imagem: EPFL/Shine Project]

"Um sistema de 12 a 14 metros quadrados permitiria a geração e armazenamento de hidrogênio suficiente para abastecer um carro de célula a combustível [para que ele rode] 10.000 km a cada ano," disse Christophe Ballif, da Escola Politécnica Federal de Lausane.

Além da estabilidade do processo, em termos de desempenho este é um recorde mundial para a produção de hidrogênio a partir de células solares sem o uso de metais raros.

Alta tensão e níquel

A chave para o desenvolvimento foi tirar o máximo de cada um dos componentes existentes, e utilizar um tipo de híbrido de célula solar de silício cristalino conhecida como "célula de heterojunção". Sua estrutura de sanduíche, composta por camadas de silício cristalino e silício amorfo, permite gerar tensões mais altas.

E isto significa que apenas três dessas células interligadas conseguem gerar uma tensão quase ideal para que a eletrólise ocorra. A parte eletroquímica do processo usa um catalisador feito de níquel, um metal largamente disponível.

Bibliografia:

Solar-to-Hydrogen Production at 14.2% Efficiency with Silicon Photovoltaics and Earth-Abundant Electrocatalysts
Jan-Willem Schüttauf, Miguel A. Modestino, Enrico Chinello, David Lambelet, Antonio Delfino, Didier Dominé, Antonin Faes, Matthieu Despeisse, Julien Bailat, Demetri Psaltis, Christophe Moser, Christophe Ballif
Journal of The Electrochemical Society
Vol.: 163, issue 10, F1177-F1181
DOI: 10.1149/2.0541610jes