Cores do Antropoceno - O futuro do hidrogênio verde

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Cores do Antropoceno - O futuro do hidrogênio verde
O Antropoceno foi definido por suas emissões de carbono, mas os avanços tecnológicos modernos
podem ser a chave para quebrar esse hábito.
Crédito da imagem: Ryoji Iwata em Unsplash
Desde a sua invenção em 1839, a célula de combustível de hidrogênio cresceu de uma construção de
mistério para uma fonte de energia viável. Mais eficiente do que o motor de combustão tradicional e
alimentado por hidrogênio e oxigênio gasoduto, essa energia verde derivada das células a combustível
renuncia às emissões tóxicas associadas à energia fóssil, produzindo água pura como um produto
residual. Sua capacidade como fonte de energia limpa é de extrema importância em meio à atual crise
climática.
Atualmente, 84% da energia do mundo vem de combustíveis fósseis. Sem intervenção, o futuro do
nosso planeta será atormentado pelo aumento das temperaturas e padrões climáticos extremos, como
os vistos recentemente em Columb i, Canadá. No entanto, com as tecnologias crescentes, a
humanidade pode se afastar dos não-renováveis para a energia limpa. Mas fazê-lo não é uma tarefa
fácil.
O Antropoceno, ou “Era do Homem”, foi definido por suas emissões de carbono manchadas. Desde
meados de 1700, com o início da Revolução Industrial, a humanidade tem se sustentado no uso em
larga escala de carvão denso, petróleo e gás natural. Esses combustíveis enegrentes permitiram que
nossa espécie passasse de uma sociedade construída com base nos trabalhadores manuais para uma
https://www.forbes.com/sites/rrapier/2020/06/20/bp-review-new-highs-in-global-energy-consumption-and-carbon-emissions-in-2019/#:~:text=EDT%20%7C35%2C975%20views-,Fossil%20Fuels%20Still%20Supply%2084%20Percent%20Of%20World%20Energy%20%E2%80%94%20And,Openers%20From%20BP's%20Annual%20Review&text=This%20week%20BP%20released%20its%20Statistical%20Review%20of%20World%20Energy,on%20a%20country%2Dlevel%20basis
https://www.bbc.com/news/world-us-canada-57703853
https://www.bbc.com/news/world-us-canada-57703853
https://www.bbc.com/news/world-us-canada-57703853
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construída sobre máquinas. Sem o nosso conhecimento, os combustíveis fósseis se tornariam a espinha
dorsal de nossos hábitos consumistas nos próximos três séculos.
O hidrogênio pode fornecer uma saída
Os avanços tecnológicos modernos podem ser a chave para quebrar esse hábito. Um exemplo seria
usar células de combustível de hidrogênio para alimentar redes elétricas. A energia verde baseada em
hidrogênio não sofre nenhuma das consequências ambientais da eletricidade baseada em carbono
usada em todo o mundo. Em vez de queimar hidrocarbonetos potencialmente com toxinas e liberar
grandes quantidades de dióxido de carbono indutora de estufa, as células de combustível dependem da
reação de oxidação de redução entre hidrogênio e oxigênio para impulsionar uma corrente. Como os
dois elementos se combinam para formar água, a reação química cria um potencial elétrico. Isso move
os elétrons ao longo de um circuito da mesma forma que as baterias em seu telefone ou controle remoto
de TV fazem. Além disso, este processo também produz calor, que pode ser usado para aquecer
empresas e casas nas áreas circundantes, livre de custos.
Além disso, o hidrogênio tem o potencial de reduzir as emissões da indústria de transporte. Ao substituir
nossos motores que consomem gás por células de hidrogênio, podemos ver a remoção de 24%, ou
aproximadamente 8 bilhões de toneladas, de emissões de dióxido de carbono a cada ano. Atualmente,
indivíduos e municípios em todo o mundo têm se movido nessa direção. Em cidades como Londres,
Xangai, São Paulo, juntamente com muitas outras integraram a energia de hidrogênio em seu setor de
transporte público. Embora os carros movidos a hidrogênio sejam uma raridade para o público, um
recente aumento no uso de veículos elétricos pode ser um passo de transição integral.
O hidrogênio sustentável
Apesar dos resultados promissores do hidrogênio, a implementação em larga escala na infraestrutura de
hoje permanece impraticável. Atualmente, cerca de 95% do hidrogênio do mundo é formado por reforma
de vapor de metano. Este processo consome gás natural e requer temperaturas acima de 700 graus
Celsius, produzindo 9-12 toneladas de dióxido de carbono para cada tonelada de hidrogênio produzido.
Ironicamente, se um sistema baseado em hidrogênio fosse empregado em larga escala usando os
métodos atuais de produção, encontraríamos nossas emissões para aumentar drasticamente em vez de
o contrário.
Um método sustentável florescente para a geração de hidrogênio é através da eletrólise da água.
Atualmente, este método faz 4% da oferta atual. Ao contrário da reforma do vapor, a eletrólise pode ser
acionada inteiramente usando recursos renováveis, como geotérmica ou hidroeletricidade. Como tal,
uma estratégia que envolva a síntese e distribuição de hidrogênio a partir de locais com predileção de
energia renovável pode ser considerada. No entanto, este método ainda é falho. Apesar do equívoco
comum, a água pura é um excelente isolante, o que significa que a corrente necessária para dividir as
moléculas de água não seria capaz de fluir através dela.
Assim, para a eletrólise eficiente, os sais devem ser adicionados para que a eletricidade possa fluir
através do meio. Na maioria dos casos, os sulfatos alcalinos são especificamente escolhidos, pois se
dissolvem prontamente e são menos propensos a serem degradados ou reagirem durante o processo de
eletrólise. Um contra-por exemplo pode ser visto quando o cloreto de sódio, ou sal de mesa comum, é
https://www.iea.org/topics/transport
https://www.bbc.com/news/uk-england-london-57578043
http://www.chinadaily.com.cn/m/shanghai/jiading/2018-09/30/content_37009142.htm
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1464285909702731
https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019
https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019
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usado como eletrólito. Quando a corrente é passada através desta mistura de sal de mesa de água,
pode formar-se gás cloro altamente corrosivo. É essa exigência de sais específicos que levanta
preocupações sobre a sustentabilidade do processo. Se a eletrólise da água se tornasse o método de
escolha para a geração de hidrogênio, água pura e sais específicos seriam necessários, exigindo
processamento adicional e complicando a produção em larga escala.
No entanto, os avanços recentes da literatura podem ter a solução para nossos problemas de hidrogênio
e muito mais. Foi teorizado que a água do mar pode ser usada para eletrólise e geração de energia,
enquanto atua como um sumidouro para o dióxido de carbono. Um método implica o uso da solução de
cloreto de sódio acima mencionada. A geração de hidrogênio no cátodo também gera hidróxido, uma
base forte. Por outro lado, o oxigênio ou o gás cloro e o hidreto são produzidos no ânodo. Esta formação
de base incentiva a consolidação do carbonato na água, que é formado a partir de dióxido de carbono
absorvido a partir do ar. Enquanto isso, o gás cloro formado no ânodo ao lado do hidrogênio no cátodo
pode ser reagido em uma célula de combustível semelhante a uma célula de combustível de hidrogênio
para recuperar parte da energia absorvida e produzir ácido clorídrico puro, que pode ser usado para
processos industriais ou neutralizados com silicatos alcalinos.
Alternativamente, um estudo sobre a síntese de gás hidrogênio usando o eletrólito de cloreto de sódio
promete produção de hidrogênio sem produção de cloro. Depois de remover íons de magnésio e cálcio
da água do mar através da nanofiltração, o líquido filtrado é colocado em um sistema com hidróxido de
sódio concentrado. Como resultado, o cloreto de sódio precipita na mistura altamente concentrada,
impedindo a formação de gás cloro. Usando este método, hidrogênio puro e oxigênio podem ser
formados. Com esses saltos para a frente, o futuro do hidrogênio não é mais tão gritante.
Mas a ciência não é a única coisa que limita a transição para a energia do hidrogênio. Primeiro, a reação
socioeconômica de talmudança deve ser entendida. A indústria de petróleo e gás representa 3,8% do
PIB mundial. Derrubar e reconstruir uma das maiores indústrias do mundo resultaria em centenas de
bilhões de dólares perdidos em empregos e receitas. Além disso, seria necessária uma ampla
reciclagem dos trabalhadores no setor de energia, e a experiência industrial em larga escala levaria
décadas para alcançar o que está atualmente disponível para energia derivada de petróleo e gás.
Mais importante ainda, uma transição para a energia verde exigiria colaboração global. Sem apoio e
pressão de outras nações, parece improvável que os países sem a tecnologia ou a infraestrutura para
implementar a energia verde sejam capazes de fazê-lo. Apesar de quão longe algumas regiões do
mundo podem parecer, é importante entender que a mudança climática é um problema que afeta a
todos. Nenhum estado, independentemente de riqueza, geografia ou poder militar, seria capaz de
escapar de seus efeitos.
Ao longo da história humana, a base para o Antropoceno foi colorida com tons de preto e cinza de
combustíveis fósseis. No entanto, a tecnologia moderna tem o potencial de mudar isso. Através de um
esforço global e um impulso para revolucionar as indústrias de energia, a humanidade agora pode
recolorir o Antropoceno com energia verde como achar melhor. A única esperança agora é que a ação
seja tomada antes que seja tarde demais.
Roteiro: Geoffrey Ozin e Jessica Ye
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.082
https://doi.org/10.1038/s41558-018-0203-0
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.082
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.082
https://www.investopedia.com/ask/answers/030915/what-percentage-global-economy-comprised-oil-gas-drilling-sector.asp
https://www.advancedsciencenews.com/author/gozin/
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Grupo de Combustíveis Solares, Universidade de Toronto, Ontário, Canadá, E-mail: g.ozin-utoronto.ca,
jessie.ye.mail.utoronto.ca ; Web sites: www.nanowizard.info, www.solarfuels.utoronto.ca, www.artnanoin
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