A palestrante da Wulff Lecture do outono de 2023, Sossina Haile ’86, PhD ’92, usa amônia e um material “superprotônico” para geração de energia eficiente e ecologicamente correta.

Ryan Kendall | Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais

Data de publicação: 27 de novembro de 2023

Hoje em dia, a energia renovável – derivada principalmente do sol ou do vento – depende de baterias para armazenamento. Embora os custos tenham caído nos últimos anos, a busca por meios mais eficientes de armazenamento de energia renovável continua.

“Todas essas tecnologias, infelizmente, ainda têm um longo caminho a percorrer”, disse Sossina Haile SB ’86, PhD ’92, professor Walter P. Murphy de Ciência e Engenharia de Materiais na Northwestern University, em palestra recente no MIT. Ela foi a palestrante da Wulff Lecture do outono de 2023, um evento organizado pelo Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (DMSE) para despertar o entusiasmo pela disciplina.

Para contribuir para o mix de energias renováveis ​​— e ajudar a acelerar o ritmo para um futuro sustentável — Haile está a trabalhar numa abordagem baseada no hidrogénio em células de combustível, especialmente para combustíveis ecológicos em automóveis. As células de combustível, assim como as baterias, produzem eletricidade a partir de reações químicas, mas não perdem a carga enquanto o combustível for fornecido.

Para gerar energia, o hidrogênio deve ser puro – não ligado a outra molécula. A maioria dos métodos de produção de hidrogénio hoje em dia exige a queima de combustível fóssil, o que gera emissões de carbono que aquecem o planeta. Haile propõe um processo “verde” utilizando eletricidade renovável para extrair o hidrogênio do vapor.

Quando o hidrogênio é usado em uma célula de combustível, “você tem água como produto, e isso representa a bela emissão zero”, disse Haile, referindo-se ao ciclo de produção de energia renovável que é acionado.

Amônia alimenta o potencial do hidrogênio

O hidrogênio ainda não é amplamente utilizado como combustível porque é difícil de transportar. Por um lado, tem baixa densidade de energia, o que significa que é necessário um grande volume de gás hidrogênio para armazenar uma quantidade utilizável de energia. E armazená-lo é um desafio porque as minúsculas moléculas de hidrogênio podem se infiltrar em tanques ou tubulações metálicas, causando rachaduras e vazamento de gás.

A solução de Haile para transportar hidrogênio é usar amônia para “transportá-lo”. A amônia é composta por três partes de hidrogênio e uma parte de nitrogênio, portanto o hidrogênio precisa ser separado do nitrogênio antes de poder ser usado no tipo de células de combustível que podem alimentar carros.

A amônia tem algumas vantagens, incluindo o uso de gasodutos existentes e uma alta capacidade de transmissão, disse Haile – portanto, mais energia pode ser transmitida a qualquer momento.

Para extrair o hidrogênio da amônia, Haile construiu dispositivos que se parecem muito com células de combustível, com di-hidrogenofosfato de césio como eletrólito. O material “superprotônico” apresenta alta condutividade de prótons – permite que prótons, ou partículas carregadas positivamente, se movam através dele. Isto é importante para o hidrogênio, que possui apenas um próton e um elétron. Ao deixar apenas os prótons passarem pelo eletrólito, o dispositivo retira o hidrogênio da amônia, deixando para trás o nitrogênio.

O material também tem outros benefícios, disse Haile: “É barato, não tóxico e abundante na terra – todas essas coisas boas que você deseja ter quando pensa em uma tecnologia de energia sustentável”.

Despertando interesse – e esperança

A palestra de Haile despertou o interesse do público, que quase lotou o auditório 6-120 do MIT, com capacidade para cerca de 150 pessoas.

Nikhita Law, especialista em ciência e engenharia de materiais, ouviu esperança na palestra de Haile para um futuro mais sustentável.

“Um grande problema para tornar o nosso sistema energético sustentável é encontrar formas de armazenar energia proveniente de fontes renováveis”, diz Law. Mesmo que os carros movidos a hidrogénio não sejam tão grandes como os carros eléctricos movidos a baterias de lítio, “uma estação permanente de armazenamento de energia onde convertemos electricidade em hidrogénio e a convertemos de volta parece fazer mais sentido do que extrair mais lítio”.

Outro aluno do DMSE, Daniel Tong, aprendeu sobre os desafios envolvidos no transporte de hidrogênio em outro seminário e ficou curioso para saber mais. “Isto era algo em que não tinha pensado: é possível transportar hidrogénio de forma mais eficaz numa forma diferente? Isso é muito legal”.

Ele acrescenta que palestras como a Palestra Wulff são úteis para manter as pessoas atualizadas em um campo amplo e interdisciplinar, como ciência e engenharia de materiais, que abrange química, física, engenharia e outras disciplinas. “Esta é uma ótima maneira de se expor a diferentes partes da ciência dos materiais. Existem muito mais facetas do que você imagina”.

Em sua palestra, Haile incentivou o público a se envolver em pesquisas sobre sustentabilidade.

“Há muito espaço para mais insights e descobertas de materiais”, disse ela.

Haile concluiu sublinhando os desafios enfrentados pelos países em desenvolvimento ao lidar com os impactos das alterações climáticas, especialmente aqueles próximos do equador, onde não existem infraestruturas adequadas para lidar com grandes oscilações na precipitação e na temperatura. Para as pessoas que não estão motivadas a resolver problemas que afetam as pessoas do outro lado do mundo, Haile ofereceu uma motivação extra.

“Tenho certeza que muitos de vocês gostam de café. Isso também colocará em risco as lavouras de café”, disse ela.

Fonte: MIT News

Disponível em https://news.mit.edu/2023/green-hydrogen-innovation-clean-energy-sossina-haile-1127