Dispositivo exposto à luz purifica o ar e produz hidrogênio simultaneamente

 

O dispositivo quando exposto à luz purifica o ar e gera energia. Imagem: UAntwerpen and KU Leuven.

Pesquisadores da Universidade de Leuven, Bélgica, publicaram recentemente um estudo onde apresentam uma solução única para duas grandes áreas atuais da Engenharia Química: a ambiental e a geração de energia. No estudo publicado na ChemSusChem (DOI: 10.1002/cssc.201700485) os autores descrevem um dispositivo que gera hidrogênio (energia limpa) à partir de ar poluído (contaminantes orgânicos gasosos) e luz.

Um dos autores do estudo, o Prof. Sammy Verbruggen, explicou o dispositivo: “Nós utilizamos um pequeno dispositivo com duas câmaras separadas por uma membrana. O ar é purificado de um lado, enquanto no outro é produzido gás hidrogênio a partir de uma parte dos produtos de degradação. Esse hidrogênio pode ser armazenado e usado posteriormente como combustível, como já está sendo feito em alguns ônibus a hidrogênio, por exemplo.”

A membrana presente no dispositivo é feita com nanomateriais específicos que atuam como catalisadores. “Esses catalisadores são capazes de produzir gás hidrogênio e quebrar a poluição do ar. No passado, essas células foram usadas principalmente para extrair hidrogênio da água. Descobrimos agora que isso também é possível, e de forma ainda mais eficiente, com ar poluído,” explica o Prof. Sammy Verbruggen.

Uma vez construído, o dispositivo só precisa ser exposto à luz. O objetivo dos pesquisadores foi que o dispositivo funcionasse apenas com luz que representasse a radiação solar. Assim esse dispositivo se assemelharia a painéis solares, com a diferença de que a eletricidade não é gerada diretamente, como em uma célula solar. No dispositivo, enquanto o ar é purificado, as reações também produzem energia, que é armazenada na forma do gás hidrogênio.

Claro que a produção do dispositivo ainda é pequena. “Atualmente estamos trabalhando em uma escala de apenas alguns centímetros quadrados. A seguir, queremos ampliar a nossa tecnologia para tornar o processo aplicável industrialmente. Também estamos trabalhando na melhoria dos nossos materiais para que possamos usar a luz solar de forma mais eficiente para desencadear as reações,” disse o Prof. Sammy Verbruggen.

Fontes: EurekAlert!, Inovação Tecnológica, Blogue Engenharia Química.


Interessante, mas e a Microfluídica?

Excelente pergunta leitor. Para responder ela, temos que entender que o dispositivo apresentado pelos autores é basicamente composto de duas partes: o conjunto membrana-eletrodos (MEA) e a célula fotoeletroquímica (PEC).

Fotografia da PEC montada e esquema dos componentes. Fonte: Rongé et al. 2013. DOI: 10.1039/c3cp50890k.

O conjunto membrana-eletrodos (MEA) foi preparado por fixação das folhas de ânodo e cátodo em lados opostos de uma membrana de Nafion® pré-tratada, e compressão a quente entre revestimentos de Teflon a 5 MPa e 130 °C durante 2,5 minutos para obter o MEA. Mais detalhes da construção desse conjunto podem ser obtidos em uma publicação anterior do grupo em que eles fazem uma descrição detalhada do dispositivo (Link aqui).

O MEA foi inserido na célula fotoeletroquímica que possuí uma placa de campo de fluxo de grafite no compartimento do cátodo e uma placa de sílica fundida no lado do fotoanodo. Tanto a placa de sílica fundida como a placa de grafite continham fluxos de serpentina (i.e., canais), o que proporciona um contato íntimo do fluido com a superfície do elétrodo. Os autores não especificam o tamanho desses fluxos de serpentina. Porém, avaliando a faixa de vazões que foram estudadas pelos autores (1,2 a 50 ml min-1) e as declarações do Prof. Sammy Verbruggen sobre o dispositivo e a escala citada de alguns centímetros quadrados, podemos concluir que esses canais são na faixa de micrômetros ou perto dela.

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Segundo o site NovoCell, Nafion® é um polímero condutor de prótons, fabricada pela DUPONT®. É usado na forma de suspensões ou como membranas separadoras dos polos anódico e catódico de células combustível tipo PEM (i.e., Células de Membrana de Troca Protônica) e eletrolizadores de água.

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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

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