Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram projeto revolucionário capaz de utilizar de forma eficiente a energia solar para produzir hidrogênio livre de carbono.

Por meio de sistema de reatores, semelhante a um trem, impulsionado exclusivamente pelo Sol, a equipe busca gerar hidrogênio termoquímico solar de maneira eficiente, separando a água e produzindo combustível limpo que poderia ser utilizado para alimentar caminhões, navios e aviões de longo alcance, sem causar emissão de gases de efeito estufa.

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Atualmente, a produção de hidrogênio é feita principalmente por meio de processos que envolvem gás natural e outros combustíveis fósseis, tornando o combustível verde mais uma fonte de energia cinza quando considerado desde a produção até o uso final.

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Por outro lado, o hidrogênio termoquímico solar oferece alternativa totalmente livre de emissões, pois depende inteiramente de energia solar renovável para a produção de hidrogênio. No entanto, os projetos de hidrogênio termoquímico solar existentes têm eficiência limitada, utilizando apenas cerca de 7% da luz solar recebida para produzir hidrogênio, além de terem alto custo.

No entanto, os engenheiros do MIT conseguiram fazer grande avanço nesse sentido. Conforme o Tech Xplore, a equipe estima que seu projeto pode aproveitar até 40% do calor do Sol para gerar quantidade ainda maior de hidrogênio, o que pode reduzir consideravelmente o custo do sistema. Isso tornaria o hidrogênio termoquímico solar opção potencialmente escalável e acessível para ajudar na descarbonização da indústria de transporte.

  • Para otimizar o processo de produção de hidrogênio, o projeto do MIT utiliza sistema de reatores semelhante a um trem de caixa, que funciona em pista circular ao redor de fonte de calor solar existente, como torre de concentração de energia solar (CSP);
  • Cada reator contém um metal que passa por reação termoquímica reversível, semelhante ao enferrujamento do ferro na presença de água;
  • No primeiro estágio, a água em forma de vapor é exposta ao metal, que remove o oxigênio do vapor, deixando o hidrogênio para trás.
  • Em seguida, o metal oxidado é aquecido a vácuo para reverter o processo de enferrujamento, regenerando o metal;
  • Com o oxigênio removido, o metal pode ser resfriado e exposto ao vapor novamente para produzir mais hidrogênio;
  • Esse processo pode ser repetido centenas de vezes.

Um dos desafios enfrentados pelos projetos anteriores de hidrogênio termoquímico solar era lidar com o calor liberado pelo reator durante o resfriamento. No entanto, o projeto incorpora várias soluções que economizam energia para superar esse obstáculo. Por exemplo, os reatores em lados opostos da pista circular podem trocar calor por radiação térmica, mantendo o calor dentro do sistema.

Esquema de funcionamento do projeto do MIT (Imagem: MIT)

Além disso, um segundo conjunto de reatores circularia ao redor do primeiro, movendo-se na direção oposta e operando em temperaturas mais baixas. Esse segundo conjunto de reatores é utilizado para retirar oxigênio dos reatores internos, dispensando o uso de bombas mecânicas que consomem energia. Com isso, o sistema funciona de maneira contínua, gerando hidrogênio e oxigênio puros separadamente.

A equipe do MIT realizou simulações detalhadas do projeto conceitual, comprovando o aumento significativo na eficiência da produção de hidrogênio termoquímico solar. Os resultados mostraram que é possível alcançar eficiência de até 40%, em comparação com os 7% dos projetos anteriores.

A próxima etapa é construir protótipo do sistema, que será testado em instalações de energia solar concentrada nos laboratórios do Departamento de Energia.

Uma vez totalmente implementado, esse sistema poderia ser instalado em pequeno prédio no meio de um campo solar, com a possibilidade de incluir vários trens com cerca de 50 reatores em cada um. Além disso, o sistema seria modular, permitindo a adição de reatores em esteira transportadora para aumentar a produção de hidrogênio.

A expectativa é que essa inovação possa mudar drasticamente o futuro energético, permitindo a produção de hidrogênio de forma contínua, 24 horas por dia.

Para Christopher Muhich, professor assistente de engenharia química da Universidade Estadual do Arizona e que não está no projeto, a capacidade de produzir hidrogênio é fundamental para a produção de combustíveis líquidos a partir da luz solar.

Com esse avanço, espera-se alcançar a meta do Departamento de Energia de produzir hidrogênio verde até 2030, ao custo de US$ 1 (R$ 5,04) por quilo. A redução do custo e o aumento na eficiência poderiam tornar o hidrogênio termoquímico solar opção viável para a indústria de transporte, contribuindo efetivamente para a descarbonização desse setor.

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