Novo material reduz custo de célula combustível para gerar energia

Apesar de serem uma alternativa de menor impacto ambiental para geração de energia, células
combustíveis têm elevado custo de produção devido ao uso de platina nos eletrodos que obtêm
 eletricidade a partir de hidrogênio e oxigênio; estudo propõe uso de eletrodos impressos para
 viabilizar economicamente as células combustíveis – Foto: Alexandre Kuma via Flickr – CC

Produção de bolhas de hidrogênio na superfície do eletrodo impresso (à esquerda) e eletrodo saturado
de calomelano (SCE) utilizado como referência (à direita) – Foto: cedida pelo pesquisador

As células combustíveis são dispositivos que convertem energia química em energia elétrica,
transformando, por meio de eletrodos e eletrocatalisadores, hidrogênio em eletricidade. Esses eletrodos
 são feitos de platina, um metal muito raro, que encarece o custo de produção do equipamento.
Por esse motivo, uma pesquisa com participação da Escola Politécnica (Poli) da USP propõe o uso
 de eletrodos impressos com materiais de menor custo e desempenho similar ao da platina.
O método permitirá aumentar a escala de produção e viabilizar economicamente a geração de
energia por células combustíveis.

“Hoje em dia, as fontes de energia não renováveis têm o problema de apresentarem um elevado custo
 ambiental”, afirma Lucas Fugita, aluno de graduação em Engenharia Química da Poli, que participou
da pesquisa. “Uma das alternativas é o método das células combustíveis, equipamentos que convertem
energia química em energia elétrica, como as pilhas e baterias químicas. De maneira simplificada, uma
 célula combustível ácida utiliza hidrogênio (H2) como combustível e oxigênio (O2) como oxidante
para produzir água e corrente elétrica.”

As células combustíveis possuem um eletrodo que em contato com a água provoca uma Reação de
Evolução de Hidrogênio (HER), produzindo hidrogênio gasoso (H2). “Esse eletrodo usualmente é
feito de platina, um metal nobre e raro, o que torna a produção de energia muito dispendiosa”,
ressalta o pesquisador. “Por isso, a pesquisa propõe a utilização de eletrodos impressos, uma técnica
conhecida como Screen Printed Electrode (SPE).”

Célula combustível utiliza hidrogênio como combustível e oxigênio como oxidante, para produzir água
 e corrente elétrica – Imagem: cedida pelo pesquisador

Foto: Wikimedia Commons


Impressora
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A técnica utiliza uma impressora onde são inseridos os moldes a serem preenchidos com tinta,
gravando os eletrodos sobre uma base plástica. “Inicialmente foi aplicada uma tinta feita com carbono,
porém os eletrodos necessitavam de muito mais energia que a platina”, relata Fugita. “Depois foram
 testadas outras composições de tinta, e o dissulfeto de molibdênio (MoS2) conseguiu aumentar a
densidade da corrente elétrica e diminuir a energia necessária para iniciar a reação do hidrogênio, com
 desempenho similar à platina.”

Durante o processo de impressão, uma camada de MoS2 é depositada no eletrodo, e sua espessura
 depende do tempo de deposição. “Para descobrir qual era a espessura ideal, vários tempos de
deposição foram testados, de 7,5 a 120 minutos”, aponta o pesquisador. “Ao final dos experimentos,
descobriu-se que com 45 minutos de deposição acontecia o menor potencial de início de reação e a
 maior densidade de corrente, otimizando o funcionamento do eletrodo.”

Na pesquisa também foram experimentadas diferentes concentrações de MoS2, até se verificar que a
 tinta com 10% do composto também reúne as condições ideais de potencial e densidade para fazer a
 reação. “O uso da impressora permite que se possam produzir vários eletrodos de uma só vez”,
 ressalta Fugita. “O uso de um material de menor custo, com performance similar à platina, e a
fabricação em escala industrial poderão viabilizar economicamente o emprego de células combustíveis
 para produzir energia.”

Folha de eletrodo impresso (SPE) recém produzida com 22 unidades

Impressora DEK 248 Screen Printer, onde são feitos os eletrodos – Foto: cedida pelo pesquisador

Bolsa Empreendedorismo

Lucas Fugita: estudo em centro de pesquisa de células a combustível – Foto: Cecília Bastos/USP
Imagens

Por meio do edital de 2017 da Bolsa Empreendedorismo da Agência USP de Inovação (Auspin),
destinado a projetos de pesquisa com relevância e retorno para a sociedade, Fugita esteve na
Manchester Metropolitan University, no Reino Unido. Ali realizou estudos no Fuel Cell Innovation
Centre, coordenado pelo professor Craig Banks, dedicado a pesquisas sobre células combustíveis.


Mais informações: e-mail lucas.fugita@usp.br, com Lucas FugitaO trabalho teve a supervisão do
pesquisador Samuel Rowley Neale, primeiro autor do artigo “Magnetron Sputter-Coated Nanoparticle
 MoS2 Supported on Nanocarbon: A Highly Efficient Electrocatalyst toward the Hydrogen Evolution
 Reaction”. Publicado em 3 de julho no ACS Omega Journal, da American Chemical Society
(Estados Unidos), o texto apresenta as conclusões da pesquisa. Um novo artigo, sobre eletrodos
 impressos com tinta misturada a pequenas quantidades de platina, está em fase de preparação.

Autor: Jornal da USP
Fonte: Jornal da USP
Sítio Online da Publicação: Jornal da USP
Data: 27/08/2018
Publicação Original: https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/novo-material-reduz-
custo-de-celula-combustivel-para-gerar-energia/

Podemos obter 100% da nossa energia a partir de fontes renováveis? Sim, dizem cientistas internacionais em novo artigo

Universidade de Aalborg*

Existe espaço suficiente para que todas as turbinas eólicas e painéis solares forneçam todas as nossas necessidades energéticas? O que acontece quando o sol não brilha e o vento não sopra? Não renováveis podem desestabilizar a rede e causar apagões? Um novo artigo reúne as evidências para responder a essas perguntas.

Em um artigo de revisão [https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.114] no ano passado, no periódico de renome Renewable and Sustainable Energy Reviews, Benjamin Heard e seus colegas apresentaram seu caso contra sistemas 100% de eletricidade renovável. Eles duvidaram da viabilidade de muitos dos cenários recentes para altas parcelas de energia renovável, questionando desde sistemas baseados em renováveis que podem sobreviver a eventos climáticos extremos com baixo sol e vento fraco, até a capacidade de manter a rede estável com geração tão variável.

Agora os cientistas reagiram com a resposta aos pontos levantados por Heard e seus colegas. Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, o Conselho Sul-Africano de Pesquisa Científica e Industrial, Universidade de Tecnologia de Lappeenranta, Delft University of Technology e Universidade Aalborg analisaram centenas de estudos de toda a literatura científica para responder cada uma das questões aparentes. Eles demonstram que não há barreiras no caminho para um futuro 100% renovável.

“Embora várias das questões levantadas pelo estudo do Heard sejam importantes, é preciso perceber que existem soluções técnicas para todos os pontos levantados, usando a tecnologia de hoje”, diz o principal autor da resposta, Dr. Tom Brown, do Karlsruhe. Instituto de Tecnologia. “Além disso, essas soluções são absolutamente acessíveis, especialmente tendo em conta os custos reduzidos da energia eólica e solar”, diz o professor Christian Breyer, da Universidade de Tecnologia de Lappeenranta, que é co-autor da resposta.

Brown cita a solução de pior caso de hidrogênio ou gás sintético produzido com eletricidade renovável para os momentos em que as importações, a hidroeletricidade, as baterias e outros estoques não conseguem preencher a lacuna durante os períodos de baixa energia solar e solar durante o inverno. Para manter a estabilidade, há uma série de soluções técnicas, desde a rotação de estabilizadores de grade até novas soluções baseadas em eletrônica. Os cientistas coletaram exemplos de melhores práticas por operadores de rede de todo o mundo, da Dinamarca à Tasmânia.

A resposta dos cientistas apareceu agora no mesmo jornal que o artigo original de Heard e colegas.

“Existem alguns mitos persistentes de que 100% de sistemas renováveis não são possíveis”, diz o professor Brian Vad Mathiesen, da Universidade de Aalborg, que é co-autor da resposta. “Nossa contribuição lida com esses mitos um a um, usando as pesquisas mais recentes. Agora vamos voltar ao negócio de modelar cenários de baixo custo para eliminar os combustíveis fósseis do nosso sistema de energia, para que possamos enfrentar os desafios climáticos e de saúde que eles representam ”.

Referência:

T.W. Brown, T. Bischof-Niemz, K. Blok, C. Breyer, H. Lund, B.V. Mathiesen, “Response to ‘Burden of proof: A comprehensive review of the feasibility of 100% renewable-electricity systems’,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, DOI:10.1016/j.rser.2018.04.113, 2018.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.113


*Tradução e edição de Henrique Cortez, EcoDebate.

Autor: Henrique

Fonte: EcoDebate
Sítio Online da Publicação: EcoDebate
Data de Publicação: 22/05/2018
Publicação Original: https://www.ecodebate.com.br/2018/05/22/podemos-obter-100-da-nossa-energia-a-partir-de-fontes-renovaveis-sim-dizem-cientistas-internacionais-em-novo-artigo/

Os desertos recebem em seis horas mais energia do que a humanidade consome em um ano, artigo de José Eustáquio Diniz Alves

“O futuro será renovável, ou não haverá futuro”




A Terra é um planeta sem luz própria e depende totalmente dos raios do sol. Toda a vida na Terra depende da luz solar. A energia do sol é a fonte da maior parte da riqueza disponível na Terra e de toda a base alimentar. Mas, infelizmente, a humanidade desprezou a energia solar nos primeiros 200 anos da Revolução Industrial e preferiu queimar os combustíveis fósseis para impulsionar a economia, o que aumenta o efeito estufa, a acidificação dos oceanos e o aquecimento global.

Um cálculo elementar, feito em 1986, pelo físico alemão Gerhard Knies, mostra que os desertos recebem em seis horas mais energia do que a humanidade consome em um ano. Pequenas áreas de deserto utilizadas permanentemente poderiam fornecer a energia renovável suficiente para movimentar a economia.

O sonho de captar a energia solar que está disponível nos desertos pode se tornar realidade com a redução do custo da energia renovável e com a construção de linhas de transmissão com base nos conectores de corrente contínua de ultra-alta tensão (UHVDC) que são mais adequados para a transmissão em grandes extensões de produção energética. Estas ligações de alta capacidade não só tornam a rede elétrica mais verde, mas também as torna mais estáveis, equilibrando a oferta e a demanda.

Por exemplo, uma pequena área do deserto do Saara, menor do que a área de Alagoas, seria o suficiente para abastecer toda a Europa e o Oriente Médio e o Norte da África (MENA). O consócio Desertec Industrial Initiative (DII), criado em 2009, foi criado exatamente para implementar usinas solares e eólicas no norte da África e no Oriente Médio, visando fornecer 15% da energia consumida na Europa por volta de 2050 e reduzindo as emissões de gases de efeito estufa.

Embora existam dúvidas sobre a viabilidade do projeto, a fase inicial já começou no Marrocos, em 2013, com a construção de uma usina solar de 500 megawatts perto da cidade marroquina de Ouarzazate (a proximidade com a Espanha facilita a entrada da energia na rede europeia). Outras iniciativas estão sendo implementadas no Marrocos, na Argélia e na Tunísia. Numa etapa posterior, devem ser incluídos a Líbia, o Egito, e os países da Península Arábica, da costa asiática do Mediterrâneo e do Iraque. Cabos de transmissão extras instalados no Mediterrâneo e na Turquia poderiam dar sustentação financeira à iniciativa ao redor de 2035.

A primeira parte do projeto Desertec é orçada em € 400 bilhões e conta com o apoio de empresas do porte da Siemens. Apesar do alto custo, o projeto de captar energia renovável no deserto pode ficar mais barato do que a exploração de combustíveis fósseis, além de ajudar os países europeus e da MENA a cumprir com as metas de descarbonização da economia, estabelecidas pelo Acordo de Paris, de 2015.

A crise econômica europeia e a instabilidade política do norte da África e do Oriente Médio são fatores limitadores. Evidentemente, investimentos de longo prazo como proposto pelo consórcio Desertec requerem o envolvimento do Estado e estabilidade das instituições políticas. Mas os ganhos para ambos os lados do Mediterrâneo poderão ser tão grandes que convençam os países a investir em energia renovável e no aproveitamento do potencial solar.

Mas enquanto o potencial solar do deserto do Saara avança a passos lentos – mesmo diante de um futuro brilhante – a China já tem vários projetos para incrementar as usinas solares no deserto de Gobi e na Mongólia interior. Com a iniciativa Um Cinturão, Uma Rota (OBOR – One Belt, One Road), a China pretende levar a energia solar para a Eurásia e a África, interligando as usinas com uma rede de transmissão inteligente (com os conectores de corrente contínua de ultra-alta tensão – UHVDC).

De acordo com a Administração Nacional de Energia da China, o país instalou um total de 52,8 GW de nova capacidade solar em 2017 (o equivalente a 4 usinas de Itaipu). Ou seja, somente no ano passado a China instalou mais capacidade de produção de energia solar que o Brasil em toda a sua história. No total a China já tem 130 GW de energia solar instalada, líder absoluta do mundo. A China adicionou um total de 133 GW de nova capacidade de geração de energia em 2017, incluindo 12,8 GW de energia elétrica e 45,78 GW de energia térmica. Isso significa que, pela primeira vez na história do país, a China instalou energia mais limpa do que a energia térmica.

Artigo de Angus McCrone, da Bloomberg New Energy Finance (BNEF, 16/01/2018), apresenta 10 previsões para a energia renovável em 2018 e mostra que a energia solar se tornou a fonte energética mais barata, a que mais cresceu em 2017 e a que vai apresentar os maiores avanços em 2018. A contínua queda nos custos, o barateamento das baterias de íons de lítio e os veículos elétricos vão impulsionar a instalação de nova capacidade que pode chegar a 107 GW em 2018 (equivalente a 8 usinas de Itaipu), coisa impensável há dois anos.

O que não falta no mundo é luz solar e áreas secas e ermas. Diversos outros países estão investindo em usinas solares no deserto, como o Chile que avança na produção solar no deserto de Atacama. O Nordeste e o semiárido brasileiro poderiam fornecer mas energia ao Brasil do que as jazidas do pré-sal, com a vantagem de ser uma fonte energética mais limpa, com potencial mais democrático e menos sujeita à corrupção.

Ou seja, as áreas desérticas do mundo, especialmente aquelas com alta incidência de insolação, podem fornecer um futuro de energia renovável e mais limpa que o mundo necessita. A despeito das dificuldades da intermitência e dos problemas da produção e do descarte, a energia solar é um dos caminhos indicados pelo Acordo Climático de Paris para a economia de baixo carbono.

Referências:

ALVES, JED. A revolução da energia renovável e suas limitações, Ecodebate, 03/07/2015
http://www.ecodebate.com.br/2015/07/03/a-revolucao-da-energia-renovavel-e-suas-limitacoes-artigo-de-jose-eustaquio-diniz-alves/

ALVES, JED. A transição energética: da energia fóssil às renováveis, Ecodebate, 28/07/2017
https://www.ecodebate.com.br/2017/07/28/transicao-energetica-da-energia-fossil-as-renovaveis-artigo-de-jose-eustaquio-diniz-alves/

ALVES, JED. A China e a Rede Elétrica Inteligente global, renovável e UHVDC, Ecodebate, 13/03/2015 https://www.ecodebate.com.br/2017/03/13/china-e-rede-eletrica-inteligente-global-renovavel-e-uhvdc-artigo-de-jose-eustaquio-diniz-alves/

Desertec Industrial Initiative: http://www.desertec.org/

Angus McCrone. The Force Is With Clean Energy: 10 Predictions for 2018. Bloomberg New Energy Finance, January 16, 2018
https://about.bnef.com/blog/clean-energy-10-predictions-2018/



José Eustáquio Diniz Alves, Colunista do Portal EcoDebate, é Doutor em demografia e professor titular do mestrado e doutorado em População, Território e Estatísticas Públicas da Escola Nacional de Ciências Estatísticas – ENCE/IBGE; Apresenta seus pontos de vista em caráter pessoal. E-mail: jed_alves@yahoo.com.br


in EcoDebate, ISSN 2446-9394, 02/02/2018

Autor: EcoDebate
Fonte: EcoDebate
Sítio Online da Publicação: EcoDebate
Data de Publicação: 02/02/2018
Publicação Original: https://www.ecodebate.com.br/2018/02/02/os-desertos-recebem-em-seis-horas-mais-energia-do-que-humanidade-consome-em-um-ano-artigo-de-jose-eustaquio-diniz-alves/