Electrólise de Hidrogénio

Actualmente, a tecnologia mais desenvolvida comercialmente disponível para produzir hidrogénio é a da electrólise. A electrólise é uma linha de acção optimista para a produção de hidrogénio sem carbono a partir de recursos renováveis e nucleares. A electrólise da água é a decomposição da água (H2O) nos seus componentes básicos, hidrogénio (H2) e oxigénio (O2), através da passagem de corrente eléctrica. A água é uma fonte completa para a produção de hidrogénio e o único subproduto libertado durante o processo é o oxigénio. Este processo utiliza energia eléctrica que pode depois ser armazenada como energia química sob a forma de hidrogénio.

O que é o Processo?

Para produzir Hidrogénio, a Electrólise converte energia eléctrica em energia química através do armazenamento de electrões em ligações químicas estáveis. Tal como as células de combustível, os electrólitos são compostos por um ânodo e um cátodo separados por um electrólito aquoso de acordo com o tipo de material electrolítico envolvido e as espécies iónicas que conduz. O electrólito é uma parte obrigatória, uma vez que a água pura não tem a capacidade de transportar carga suficiente, uma vez que lhe faltam iões. No ânodo, a água é oxidada em oxigénio gasoso e iões de hidrogénio. Enquanto que no ânodo, a água é reduzida a gás de hidrogénio e iões de hidróxido. Actualmente, existem três tecnologias líderes de electrólise.

Electrólise Alcalina (AEL)

Esta tecnologia tem sido utilizada à escala industrial há mais de 100 anos. Os electrólitos alcalinos funcionam através do transporte de iões de hidróxido (OH-) através do electrólito do cátodo para o ânodo, sendo o hidrogénio gerado no lado do cátodo. Operando a 100°-150°C, os electrólitos utilizam uma solução alcalina líquida de hidróxido de sódio ou de potássio (KOH) como electrólito. Neste processo, o ânodo e o cátodo são separados utilizando um diafragma que impede a remisturada. No cátodo, a água é dividida para formar H2 e liberta aniões hidróxidos que passam através do diafragma para recombinar no ânodo onde o oxigénio é produzido. Uma vez que se trata de uma tecnologia bem estabelecida, o custo de produção é relativamente baixo, assim como proporciona uma estabilidade de longa duração. Contudo, tem um crossover em gases que possivelmente compromete o seu grau de pureza e requer a utilização de um electrólito líquido corrosivo.

Electrólitos de Membranas de Electrólitos Poliméricos (PEM)

Polymer Electrolyte Membrane é a mais recente tecnologia a ser utilizada comercialmente para a produção de hidrogénio. Num electrolisador PEM, o electrólito é um material plástico sólido de especialidade. Os electrolisadores PEM funcionam a 70°-90°C. Neste processo, a água reage no ânodo para formar oxigénio e iões de hidrogénio carregados positivamente (protões). Os electrões fluem através de um circuito externo e os iões de hidrogénio movem-se selectivamente através do PEM para o cátodo. No cátodo, os iões de hidrogénio combinam-se com os electrões do circuito externo para formar o gás hidrogénio. Em comparação com o AEL, há várias vantagens: a pureza do produto gás é elevada numa operação de carga parcial, o desenho do sistema é compacto e tem uma resposta rápida do sistema. No entanto, o custo dos componentes é elevado e a durabilidade é baixa.

Electrólise de Óxidos Sólidos (SOE)

Os electrolisadores AEL e PEM são conhecidos como Electrólisadores de Baixa Temperatura (LTE). No entanto, o Electróliser de Óxido Sólido (SOE) é conhecido como Electróliser de Alta-Temperatura (HTE). Esta tecnologia ainda se encontra em fase de desenvolvimento. Em SOE, o material cerâmico sólido é utilizado como electrólito que conduz iões de oxigénio carregados negativamente (O2-) a temperaturas elevadas, gera hidrogénio de uma forma ligeiramente diferente. A uma temperatura de cerca de 700°-800°C, o vapor no cátodo combina com electrões do circuito externo para formar hidrogénio gasoso e iões de oxigénio carregados negativamente. Os iões de oxigénio passam através da membrana cerâmica sólida e reagem no ânodo para formar gás oxigénio e gerar electrões para o circuito externo. As vantagens desta tecnologia é que combina alta eficiência térmica e energética, assim como produz baixas emissões a um custo relativamente baixo. Embora, devido ao elevado calor e energia necessários, o tempo de arranque demore mais tempo.

Porque é que o Hidrogénio está a ser considerado como um combustível alternativo?

O hidrogénio é considerado um combustível alternativo ao abrigo da Lei da Política Energética de 1992. O hidrogénio produzido através da electrólise pode contribuir com zero emissões de gases com efeito de estufa, dependendo da fonte da electricidade utilizada. Esta tecnologia está a ser desenvolvida para trabalhar com opções de energia renovável (eólica, solar, hídrica, geotérmica) e nuclear para permitir praticamente zero emissões de gases com efeito de estufa e outras emissões poluentes. Embora, este tipo de produção requeira uma redução significativa dos custos para ser competitiva com vias mais maduras baseadas no carbono, tais como a reforma do gás natural. Existe potencial para sinergia com a produção de energia renovável. O combustível hidrogénio e a produção de energia eléctrica poderiam ser distribuídos e localizados em parques eólicos, permitindo assim flexibilidade para deslocar a produção de modo a melhor adequar a disponibilidade de recursos às necessidades operacionais do sistema e aos factores de mercado.