Hidrogênio verde gerado com energia solar mais próximo da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/10/2023

A célula fotoeletroquímica no simulador solar. A área retangular cinza com moldura preta é a célula solar fotoeletroquímica.
[Imagem: Valentin Marquardt/University of Tübingen]

Hidrogênio solar

Pesquisadores alemães apresentaram um novo tipo de célula solar, com uma eficiência notavelmente alta, que permite a produção local de hidrogênio.

Ao contrário de outras demonstrações de produção de hidrogênio solar e fotossíntese artificial, esta nova célula fotoeletroquímica tem potencial para alcançar a escala industrial.

Quando o hidrogênio é produzido a partir da água através de eletrólise utilizando energia renovável ele é conhecido como "hidrogênio verde", devido à sua produção ser ambientalmente amigável. Na divisão da água por energia solar, mais conhecida como fotossíntese artificial, o hidrogênio é produzido usando a energia do Sol.

A diferença aqui é que a célula solar é parte integrante de um dispositivo fotoeletroquímico e trabalha diretamente com os catalisadores de quebra da molécula de água. Isso significa que não é necessário utilizar um circuito externo adicional, como num painel solar fotovoltaico.

"Entre os pesquisadores da área, alcançar a fotoeletroquímica estável e eficiente ou a divisão direta da água é uma espécie de Santo Graal," disse o professor Matthias May, da Universidade de Tubingen, cuja equipe vem batendo recordes seguidos de eficiência na fotossíntese artificial nos últimos anos.

Embora tudo ainda esteja em escala de laboratório, não há empecilhos técnicos para a fabricação da célula em larga escala.
[Imagem: Erica A. Schmitt et al. - 10.1016/j.xcrp.2023.101606]

Célula solar fotoeletroquímica

A característica especial da estrutura da célula solar está no alto grau de controle alcançado pela equipe nas interfaces entre os diferentes materiais. As estruturas superficiais são produzidas em escala de alguns nanômetros, evitando os pequenos defeitos cristalinos que ocorrem durante o crescimento das camadas das células solares tradicionais. Esses defeitos alteram a estrutura eletrônica, reduzindo tanto a eficiência quanto a estabilidade do sistema.

"No geral, porém, a corrosão - e, portanto, a estabilidade a longo prazo da célula solar na água - ainda é o maior desafio. Neste aspecto, fizemos agora grandes progressos em comparação com o nosso trabalho anterior," disse o professor May.

A taxa de eficiência da célula indica a porcentagem da energia da luz solar que é convertida em energia utilizável de hidrogênio (valor calorífico). Este novo protótipo alcançou uma eficiência de 18%, o segundo valor mais alto já medido para a divisão direta da água usando energia solar. As primeiras eficiências significativas para divisão solar de água foram apresentadas em 1998 pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA, com 12%. Só em 2015 a equipe do professor May conseguiu um avanço para 14% de eficiência, e, em 2018 a equipe superou os 19% de eficiência, mas ainda sem as otimizações de durabilidade alcançadas agora.

"O que desenvolvemos aqui é uma tecnologia para produção de hidrogênio solar que não requer uma ligação de alto desempenho à rede elétrica. Isto significa que também são concebíveis soluções autônomas permanentes e menores para o fornecimento de energia," disse a pesquisadora Erica Schmitt, responsável pelos avanços obtidos agora.

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