Um novo eletrolisador transforma água salgada em hidrogênio

Pesquisadores da Universidade de Shenzhen e da Universidade de Tecnologia de Nanjing (China) desenvolveram um sistema de eletrólise da água do mar (SES) para a eletrólise direta da água do mar, sem reações colaterais ou corrosão.

O novo método funciona por migração de água autopropelida para evitar a necessidade de um processo de dessalinização separado. O consumo de energia é supostamente comparável ao da eletrólise alcalina industrial com água pura.

Para desenvolver o eletrolisador em escala de laboratório, os cientistas separaram as duas camadas de eletrodos com uma camada de diafragma e depois as imergiram em uma solução concentrada de hidróxido (OH-) – SDE. Eles colocaram uma membrana de politetrafluoretileno (PTFE) entre a água do mar e o SDE. Eles afirmam que esse projeto permite a difusão tendenciosa do vapor d’água, mas impede completamente a penetração da água do mar líquida e de íons de impurezas, como magnésio, cloreto e sulfato.

“Durante a operação, a diferença de pressão do vapor de água entre a água do mar e o SDE através da membrana fornece uma força motriz para a gaseificação espontânea da água do mar (evaporação) no lado da água do mar e a difusão do vapor de água através do caminho curto do gás dentro da membrana para o lado do SDE, onde é reliquidado pela absorção do SDE”, explica o cientista.

O consumo de água no SDE durante a eletrólise mantém a diferença de pressão através da membrana, garantindo a entrada contínua de água doce, sem consumo extra de energia.

Quando a taxa de migração da água é igual à taxa de eletrólise, um novo equilíbrio termodinâmico é estabelecido entre a água do mar e o SDE, e ocorre uma migração contínua e estável da água através de um “líquido-gás-líquido” para fornecer água doce para a eletrólise”, os pesquisadores explique.

O eletrolisador em escala de laboratório produziu hidrogênio a partir da água do mar por mais de 72 horas, com tensões médias de aproximadamente 1,95 V e 2,3 V em densidades de corrente de 250 mA cm-2 e 400 mA cm-2, respectivamente. Após 72 horas, as concentrações de cloreto, sulfato e impurezas de magnésio eram apenas 0,008%, 0,052% e 0,089% do original.

“Os cálculos mostram que o custo elétrico da produção [de hidrogênio] é de aproximadamente 4,6 kWh Nm-3H2 e 5,3 kWh Nm-3H2 em densidades de corrente de 250 mA cm-2 e 400 mA cm-2, respectivamente, o que é comparável ao da indústria eletrólise alcalina com água pura”, afirmaram os cientistas.

Para provar o conceito, eles construíram um SES em escala medindo 82 cm x 62 cm x 70,5 cm. Ele supostamente mostrou desempenho estável por mais de 3.200 horas e consumo de energia de cerca de 5,0 kWh Nm-3H2, sem aumento de íons de impurezas detectados.

Os cientistas disseram que seu método pode ser desenvolvido usando outros eletrólitos capazes de absorver vapor d’água e íons condutores, ou eletrocatalisadores de alto desempenho capazes de operar no ambiente SDE. Eles acrescentaram que a estratégia pode ser aplicada a outros líquidos não voláteis, como soluções altamente concentradas de ácidos, álcalis e sais para uso no tratamento de efluentes industriais.

Além disso, poderia ser usado para produzir hidrogênio e recuperar recursos úteis, como o lítio, da água. Mais pesquisas também são necessárias para que a compatibilidade do eletrolisador com fontes de energia renováveis ​​seja igual à dos eletrolisadores convencionais.

Os cientistas apresentaram suas descobertas em “A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation” (Eletrolisador de água do mar à base de membrana para gerar hidrogênio), publicado recentemente na Nature.