O que é a separação de água?

A divisão da água é o processo de decompor o composto químico da água em seus elementos constituintes de hidrogênio e oxigênio. Existem muitas abordagens para a separação de água, a mais comum delas é a eletrólise, onde uma corrente elétrica é passada através da água para produzir íons hidrogênio e oxigênio. Embora muitos métodos de separação de água não sejam eficientes em termos de energia em termos da energia necessária para separar hidrogênio e oxigênio da água versus a energia que pode ser derivada posteriormente do hidrogênio puro para combustível, o processo é, no entanto, visto como uma alternativa potencial à substituição de um dependência de combustíveis fósseis. As aplicações que usam energia solar e novos catalisadores químicos para separar a água oferecem um método promissor de produzir ganhos de energia líquida renovável sem produzir emissões de gases de efeito estufa ou outros poluentes no processo.

A divisão fotocatalítica da água usando a energia da luz, ou usando outras fontes de energia renováveis, como a energia eólica, está agora sendo empregada para gerar corrente elétrica em novas formas de eletrólise. O objetivo é criar um sistema de separação de água que seja totalmente alimentado por fontes de energia renováveis, como a luz solar, tornando a produção de hidrogênio competitiva contra os combustíveis fósseis. O desafio no processo tem sido desenvolver eletrodos feitos de materiais baratos e duráveis. Verificou-se que os compostos de cobalto e borato de níquel oferecem maior eficiência e são baratos e fáceis de fabricar. Embora esses novos compostos de eletrodo sejam seguros em sistemas comerciais de produção de combustível solar, eles ainda não podem competir com a eficiência dos métodos de eletrólise industrial que usam compostos alcalinos perigosos como soluções eletrolíticas.

Os mecanismos de separação de água que oferecem a maior promessa em termos de ganho de energia são baseados no processo de fotossíntese que as plantas usam para converter a luz solar em energia química. Embora os sistemas naturais para isso sejam muito lentos e os sistemas artificiais que imitam inicialmente, tivessem uma eficiência de menos de 1% quando a pesquisa começou em 1972, no Japão, novos processos estão aumentando os níveis de produção de hidrogênio. Pesquisadores japoneses em 2007 começaram a revestir eletrodos feitos de silício microcristalino hidrogenado com nanopartículas de platina, o que aumentou ainda mais a estabilidade e a vida útil dos eletrodos e sua capacidade catalítica na separação da água.

Pesquisas semelhantes no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) nos Estados Unidos visam taxas de conversão de eficiência solar em hidrogênio de 14% no ano de 2015 com uma durabilidade aumentada de eletrodos de 1.000 horas em 2005 para 20.000 horas em 2015 também. À medida que essa eficiência aumenta, o custo correspondente da produção de combustíveis de hidrogênio diminui, com um custo em dólares americanos (USD) por quilograma ($ / kg) para a produção de H2 em 2005 em 360 / kg a $ 5 / kg em 2015. No entanto, a divisão da água para produzir hidrogênio ainda é três a dez vezes mais cara do que gerar combustíveis à base de hidrogênio a partir da reforma do gás natural. A pesquisa ainda tem alguma distância a percorrer antes de ser competitiva economicamente com o setor energético estabelecido.