Pesquisadores brasileiros inovam e patenteiam técnica que torna a produção de hidrogênio mais barata e eficiente
A nova metodologia otimiza a produção de hidrogênio de alta pureza em eletrolisadores de menor custo, trazendo benefícios para diversos setores. Fonte: Imagem adaptada de Freepik.

Pesquisadores brasileiros inovam e patenteiam técnica que torna a produção de hidrogênio mais barata e eficiente

Pesquisadores do Centro de Estudos de Carbono em Agricultura Tropical (CCARBON) e do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) criaram uma técnica inovadora para acompanhar a produção de hidrogênio em eletrolisadores. A nova metodologia, patenteada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), reduz custos e simplifica o controle da pureza do hidrogênio gerado. Essa inovação pode baratear a produção de hidrogênio verde, um combustível limpo que não emite gases de efeito estufa se produzido com energia renovável.

Eletrolisadores são dispositivos que realizam a eletrólise da água (H₂O), um processo químico que divide a molécula em seus dois componentes gasosos básicos: hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂). Isso é feito ao aplicar uma corrente elétrica em um eletrólito (meio condutor onde os íons se movem), permitindo sua separação simultânea. Embora a eletrólise seja usada para produção de hidrogênio em indústrias químicas e alimentícias, o emprego desses eletrolisadores tem se tornado cada vez mais relevante em iniciativas voltadas para a sustentabilidade.

A razão disso está na capacidade dos reatores em produzir hidrogênio verde quando a eletricidade utilizada no processo vem de fontes renováveis, como energia solar, eólica, ou de biomassa. O hidrogênio verde é uma alternativa aos combustíveis fósseis e pode ser usado em veículos, indústrias e sistemas de geração de energia, contribuindo para a descarbonização do planeta. No entanto, há diferentes tecnologias nos eletrolisadores para separação dos gases gerados durante a eletrólise e cada uma tem seu próprio conjunto de vantagens, incluindo eficiência, condições operacionais, custo e escalabilidade.

Equipamentos que utilizam membranas como eletrólito, que funcionam como barreiras físicas para separar os gases, são eficientes, mas apresentam custos muito elevados de fabricação e durabilidade baixa. Por outro lado, eletrolisadores sem membrana oferecem vantagens econômicas ao separar os gases pelo escoamento controlado do eletrólito, um líquido condutor que direciona o H₂ e O₂ para saídas distintas. Apesar disso, esses sistemas enfrentam desafios relacionados à pureza dos produtos.

Durante o processo de eletrólise, bolhas de gás de H₂ e O₂ são formadas e transportadas pelo fluxo do eletrólito. Para garantir hidrogênio de alta pureza, é fundamental evitar que essas bolhas se misturem. Baseado nisso, são comumente usados métodos de análise de imagem do fluido como forma de monitorar o escoamento das bolhas, porém as técnicas existentes apresentam limitações e falham quando a concentração de bolhas é elevada, comprometendo a separação eficiente dos gases. É nesse cenário que a nova técnica desenvolvida pelos pesquisadores do CCARBON e RCGI se destaca. 

Baseada na análise de imagem com fluxos ópticos (optical flow), a nova metodologia permite acompanhar o movimento das bolhas no líquido em tempo real, mesmo em altas concentrações. “Optical flow é usado para o monitoramento de qualquer movimentação que provoque o deslocamento do pixel na imagem, como identificar carros em rodovias ou rastrear pessoas em câmeras de segurança. No RCGI, temos utilizado em pesquisas variadas, como rastrear o escoamento em tanques de petróleo, avaliar bombas cardíacas e analisar a formação de redemoinhos em Marte”, conta Rodrigo de Lima Amaral, pesquisador vinculado ao RCGI.

A inovação permite medir a velocidade das bolhas sem a necessidade de identificá-las individualmente, mesmo quando estão próximas ou aglomeradas. Por analisar pixel a pixel das imagens do fluxo do eletrólito por todo o reator, a técnica aprimora o controle do processo e reduz custos operacionais. Essa abordagem torna os eletrolisadores sem membrana mais viáveis para a produção de hidrogênio verde, o que beneficia inúmeros profissionais, incluindo indústrias e empresas de energia e sustentabilidade.

Confira a patente e saiba mais em: 

  1. Banco de Patentes da Agência USP de Inovação: http://www.patentes.usp.br/tech?title=M%C3%89TODO_DE_MONITORAMENTO_DE_ESCOAMENTO_DE_BOLHAS_EM_UM_ELETROLISADOR_A_PARTIR_DE_MEDI%C3%87%C3%95ES_DE_IMAGEM_DE_SOMBRA_E_OPTICAL_FLOW;
  2. Notícia publicada pela Agência FAPESP: https://agencia.fapesp.br/metodo-permite-monitorar-a-producao-de-hidrogenio-em-reatores/53409.