Uma equipe de pesquisa liderada pelo Karlsruhe Institute of Technology (KIT), na Alemanha, desenvolveu fotorreatores semelhantes a painéis que usam um fotocatalisador de divisão de água para produzir hidrogênio em telhados ou fazendas solares dedicadas.
“Vários fotocatalisadores são agora conhecidos”, disse Paul Kant, do Institute for Micro Process Engineering (IMVT) do KIT. “Eles podem ser usados, por exemplo, para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, ou para produzir combustíveis neutros para o clima a partir de água e dióxido de carbono.”
Os sistemas propostos mimetizam o processo de fotossíntese e usam um fotocatalisador para conduzir a reação química necessária para a eletrólise. Os fotorreatores contêm o fotocatalisador e os próprios materiais para a reação química.
“O método de design e o design de base são aplicáveis a qualquer sistema fotocatalítico multifásico heterogêneo de captação de luz solar”, afirmaram os cientistas. “Para garantir a comparabilidade com outras abordagens, no entanto, o método de design e o fotorreator resultante são demonstrados experimentalmente com o sistema fotocatalítico de oxalato de potássio, comercialmente disponível e confiável.”
O fotorreator é feito de centenas de canais de reação paralelos, com cada um deles incorporando um concentrador. O concentrador, em formato de V coleta a luz de várias direções incidentes e a conduz para uma cavidade espelhada semelhante a um tubo, encerrando o volume de reação. “O fotorreator deve, idealmente, conduzir a luz solar que chega ao fotocatalisador com pouca perda, independentemente da direção de onde vem ou de onde o sol está no céu”, disse Kant.
Os painéis de polímeros microestruturados são revestidos com alumínio para alta refletividade e, de acordo com o grupo alemão, permitem ótimas condições operacionais e transporte eficiente de luz para o fotocatalisador durante todo o dia.
Os pesquisadores acreditam que essa configuração do sistema pode levar à fabricação de baixo custo e alta eficiência em um futuro próximo.
“Sendo feitos de apenas três partes de polímero, todas produzidas por meio de técnicas de fabricação em massa estabelecidas, o custo do material dos componentes do reator é estimado em cerca de US$ 9,4/m2”, explicaram. “Incluindo um catalisador no valor de US$ 1 milhão por tonelada, a estimativa de custo de material do sistema fotorreator aumenta para cerca de US$ 22/m2.”
Eles apresentaram o novo conceito no estudo “Fotorreatores de baixo custo para síntese movida a energia solar altamente eficiente em fótons/energia”, que foi publicado recentemente na Joule. A equipe de pesquisa inclui acadêmicos da Universidade de Toronto, no Canadá.
“A otimização adicional do fotorreator deve abordar a fabricação dos principais componentes em polímeros e a consideração de aspectos do mundo real, como envelhecimento de polímeros e revestimentos ópticos, bem como desafios como o acúmulo de poeira na superfície complicada da abertura do fotorreator”, concluíram.
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