Os pesquisadores desenvolveram dois sistemas exclusivos com eficiência energética e econômicos que usam uréia encontrados na urina e nas águas residuais para gerar hidrogênio.
Os sistemas únicos revelam novos caminhos para gerar economicamente hidrogênio ‘verde’, uma fonte de energia sustentável e renovável e o potencial de remediar resíduos nitrogenados em ambientes aquáticos.
Normalmente, o hidrogênio é gerado através do uso de eletrólise para dividir a água em oxigênio e hidrogênio. É uma tecnologia promissora para ajudar a lidar com a crise de energia international, mas o processo é intensivo em energia, o que gera o custo proibitivo quando comparado à extração de hidrogênio dos combustíveis fósseis (hidrogênio cinza), um processo indesejável devido às emissões de carbono que gera.
Em contraste com a água, um sistema de eletrólise que gera hidrogênio a partir de uréia usa significativamente menos energia.
Apesar dessa vantagem, os sistemas baseados em uréia existentes enfrentam várias limitações, como as baixas quantidades de hidrogênio que podem ser extraídas e a geração de subprodutos nitrogenados indesejáveis (nitratos e nitritos) que são tóxicos e competem com a produção de hidrogênio, reduzindo ainda mais a eficiência geral do sistema.
Pesquisadores do Centro de Excelência do Conselho Australiano de Pesquisa para Ciência e Inovação de Carbono (COE-CSI) e da Universidade de Adelaide desenvolveram dois sistemas de eletrólise baseados em uréia que superam esses problemas e podem gerar hidrogênio verde a um custo que eles calcularam é comparável ou mais barato que o custo de produção de hidrogênio cinza.
A pesquisa para cada sistema foi publicada em trabalhos separados, um na revista Edição Internacional de Angewandte ChemieAssim, o outro na natureza comunicações. O candidato a doutorado Xintong Gao foi o primeiro autor no artigo de Edição Internacional de Angewandte Chemie e é da equipe da Universidade, liderada pelo investigador-chefe da Coe-CSI, o professor Yao Zheng e o professor Shizhang Qiao, vice-diretor e investigador-chefe da COE-CSI que são da escola de engenharia química.
Fazer hidrogênio a partir de uréia pura não é nova, mas a equipe encontrou um processo mais acessível e econômico que usa a urina como uma fonte alternativa à uréia pura.
“Embora não tenhamos resolvido todos os problemas, caso esses sistemas sejam escalados, nossos sistemas produzem gás nitrogênio inofensivo em vez dos nitratos e nitritos tóxicos, e qualquer sistema usará entre 20-27 % menos eletricidade do que os sistemas de divisão de água”, diz o professor Zheng.
“Precisamos reduzir o custo de fabricar hidrogênio, mas de uma maneira neutra em carbono. O sistema em nosso primeiro artigo, enquanto usava um sistema exclusivo sem membrana e um novo catalisador baseado em cobre, usou uréia pura, que é produzida pelo processo de síntese de amônia de Haber-Bosch, que é intensiva em energia e libera muito copo2.
“Resolvamos isso usando uma fonte verde de uréia – urina humana – que é a base do sistema examinado em nosso segundo artigo”.
A urina ou urina também pode ser proveniente de esgoto e outras águas residuais ricas em resíduos nitrogenados. A urina em um sistema eletro-catalítico, no entanto, apresenta outra questão. Os íons cloreto na urina desencadearão uma reação que gera cloro que causa corrosão irreversível do ânodo do sistema, onde ocorre a oxidação e perda de elétrons.
“No primeiro sistema, desenvolvemos um sistema inovador e altamente eficiente de eletrólise de uréia sem membrana para produção de hidrogênio de baixo custo. Nesse segundo sistema, desenvolvemos um novo mecanismo de oxidação mediado por cloro que usou catalisadores baseados em platina em suporte de carbono para gerar hidrogênio a partir da urina”, diz o professor Qiao.
A platina é um steel caro, precioso e finito e sua crescente demanda como materials catalítico é insustentável. É uma missão central do Arc Middle of Excellence for Carbon Science and Inovation para permitir tecnologias transformadoras de catalisador de carbono para as indústrias tradicionais de energia e produtos químicos.
A equipe da Universidade de Adelaide se baseará nessa pesquisa basic, desenvolvendo catalisadores metálicos não preciosos e apoiados por carbono para a construção de sistemas de urina-wastewater sem membrana, alcançando a recuperação de menor custo de hidrogênio verde enquanto remediava o ambiente de águas residuais.
