Fraunhofer desenvolve módulo tandem para produção direta de hidrogênio

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Da pv magazine Global

Três institutos Fraunhofer na Alemanha desenvolveram “uma alternativa animadora” à produção de hidrogênio usando eletrolisadores no projeto de pesquisa conjunto Neo-PEC. “PEC” significa “célula fotoeletroquímica”, que é uma célula que permite a divisão direta da água com energia solar.

A solução do projeto de pesquisa, apresentada em junho, consiste em um módulo com uma área de cerca de meio metro quadrado que pode ser conectado para formar unidades maiores e permitir “a produção de hidrogênio altamente flexível usando energia solar”.

O “módulo PEC tandem” é composto por dois painéis de vidro plano revestidos com materiais semicondutores. Um lado absorve a luz de ondas curtas, enquanto a luz de ondas longas penetra na camada superior de vidro e é absorvida no lado inverso. O módulo libera hidrogênio no lado reverso (cátodo) e oxigênio no lado superior (ânodo), com os dois elementos separados.

Ao longo dos três anos de projeto, os pesquisadores desenvolveram materiais semicondutores de alta pureza aplicados usando “processos de revestimento suaves”, aumentando o rendimento de hidrogênio.

Camadas ultrafinas medindo nanômetros são construídas no vidro via fase gasosa, disse Arno Görne, líder do grupo de materiais funcionais do Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS.

“As estruturas criadas têm uma grande influência na atividade do reator, além das propriedades reais do material, que também otimizamos”, disse. O sistema é abastecido com tensão adicional por meio de “elementos fotovoltaicos” no módulo, agindo “como um turbo que acelera a atividade e aumenta a eficiência”.

O resultado é um reator que gera hidrogênio separadamente do oxigênio, que pode ser coletado diretamente. Sob condições de radiação europeias, 30 kg de hidrogênio podem ser gerados com 100 metros quadrados de área do módulo. Isso permite que um carro a hidrogênio percorra de 15 mil km a 20 mil km. Em comparação, os módulos solares na Europa Central poderiam gerar cerca de 16 mil kWh de energia elétrica, o suficiente para eletrólise cerca de 300 kg de hidrogênio.

De acordo com Görne, as dimensões das unidades individuais são “limitadas pelo fato de que nosso módulo divide a água diretamente, mas isso também requer eletricidade para passar de um lado para o outro. À medida que a área do módulo aumenta, o aumento da resistência afeta o sistema”. O formato atual é ideal neste estágio de desenvolvimento, sendo “estável, robusto e significativamente maior do que todas as soluções comparáveis”. Uma das principais vantagens é a escalabilidade de conectar vários módulos.

Os outros dois institutos envolvidos – o Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST e o Centro  Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP– realizaram vários testes de campo e pretendem continuar sua cooperação em um projeto de acompanhamento, incluindo a participação de empresas.

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