Un eletrolisador É um dispositivo ou equipamento usado para realizar um processo chamado eletrólise, que é uma reação química que ocorre quando uma corrente elétrica é passada por um líquido ou substância dissolvida na água, conhecida como eletrólito. O eletrolisador é fundamental na transição energética que temos que ter para garantir um futuro energético para o planeta.
Neste artigo vamos contar o que é um eletrolisador, suas características, tipos e muito mais.
O que é um eletrolisador
O eletrolisador consiste tipicamente em dois eletrodos imersos no eletrólito, um chamado ânodo e o outro cátodo. Esses eletrodos são conectados a uma fonte de energia elétrica, como uma bateria ou um gerador. Ao aplicar uma corrente elétrica contínua ao eletrólito através dos eletrodos, ocorre a eletrólise.
Durante o processo de eletrólise, os íons presentes no eletrólito são decompostos em seus elementos constituintes por reações químicas. No ânodo, os íons negativos, conhecidos como ânions, perdem elétrons e formam substâncias gasosas, enquanto no cátodo, os íons positivos, chamados cátions, ganham elétrons e também formam substâncias gasosas. Esses gases produzidos são tipicamente hidrogênio e oxigênio.
O eletrolisador é usado principalmente para a produção de hidrogênio, que é um gás limpo e versátil utilizado em diversas aplicações. O hidrogênio produzido pelo eletrolisador pode ser usado como combustível em células a combustível para gerar eletricidade, como matéria-prima na produção de amônia e outros produtos químicos, ou até mesmo como meio de armazenamento de energia renovável.
O processo de eletrólise em um eletrolisador requer uma fonte de energia externa para conduzir a reação. Esta fonte de energia pode ser elétrica, mas também pode ser solar, eólica ou outra forma de energia renovável, o que permite a produção de hidrogénio através do eletrolisador ser uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis, daí a importância do eletrolisador. transição energética.
Vantagens
Algumas vantagens do uso de eletrolisadores são:
- O hidrogênio produzido é muito puro.
- Ele pode ser produzido onde e quando precisa ser usado, e não precisa necessariamente ser armazenado.
- Este é um método muito mais barato do que fornecer gás de cilindros de alta pressão.
Existem recursos naturais solares e eólicos suficientes em todo o mundo para produzir todo o hidrogênio necessário para aplicações estacionárias, portáteis e de transporte. A eletrólise tem o potencial de atender aos requisitos de muitos governos em todo o mundo.
Tipo de eletrolisadores
Existem muitas maneiras de construir e configurar um eletrolisador e, assim como uma célula de combustível, diferentes eletrólitos podem ser usados. Existem muitos tipos de eletrolisadores que podemos encontrar:
eletrolisador alcalino
O eletrolisador alcalino é a tecnologia mais madura atualmente. Sua principal característica é que possuem um eletrólito líquido e por meio de um separador (geralmente Hidróxido de Potássio (KOH) ou Hidróxido de Sódio (NaOH)) criamos uma separação gasosa entre o lado do cátodo e o lado do ânodo.
Os eletrolisadores consomem aproximadamente 5 kW por metro cúbico nominal de hidrogênio produzido. Eles operam em densidades de correntes relativamente baixas de 200 a 600 microamperes por centímetro quadrado. Os eletrolisadores alcalinos funcionam bem em temperaturas operacionais de 25 a 100 °C e pressões de 1 a 30 bar, respectivamente.
Atualmente é a solução comercial mais madura e a mais barata de fabricar. Costuma rondar os 1.000 euros por kilowatt consumido. A principal vantagem é que a tecnologia já está trabalhada e é bem conhecida. A principal desvantagem é que o eletrólito que utilizam é um eletrólito líquido, pelo que o desenho não é compacto e não respondem rapidamente às mudanças de potência, pelo que não são considerados a melhor opção para combinar com as energias renováveis.
Eletrolisador de membrana polimérica
Os eletrolisadores baseados em membranas poliméricas de eletrólitos (PEM) são muito populares e muitos eletrolisadores modernos são construídos usando a tecnologia PEM. Os eletrolisadores PEM usam o mesmo tipo de eletrólito que as células de combustível PEM.
Os eletrólitos são membranas finas e sólidas condutoras de íons que são usadas em vez de soluções aquosas. Esses eletrolisadores têm um design bipolar e podem operar com uma alta pressão diferencial através da membrana.
eletrolisadores PEM eles são populares porque muitos dos problemas típicos com células de combustível PEM não se aplicam. A água fornecida ao cátodo também pode ser facilmente usada para resfriar a bateria e o gerenciamento da água é mais fácil, pois o cátodo deve ser preenchido com água. O hidrogênio produzido por este eletrolisador é de alta pureza. O único problema é a presença de vapor de água no sistema. Assim como em uma célula de combustível, a água se difunde através do eletrólito, então os projetistas de eletrólitos usam várias técnicas para evitar esse fenômeno.
Uma abordagem comum é usar um eletrólito mais espesso do que o usado em células de combustível. Esses eletrolisadores agora são mais responsivos às mudanças de energia, tornando-os uma ótima opção para integração com fontes de energia renováveis.
Além dos custos de fabricação, a principal desvantagem é que ambas as reações utilizam metais nobres como catalisadores.
Eletrolisador de estado sólido
Eles estão em um estado menos desenvolvido e mais em nível de laboratório. A principal característica desses eletrolisadores é que eles trabalham em altas temperaturas. Eles são até 95% eficientes. Por trabalharem em altas temperaturas, consomem menos energia, em torno de três quilowatts-hora. Mas eles requerem energia adicional para atingir a temperatura necessária para produzir a reação. Eles também operam em densidades de corrente razoavelmente altas.
Uma de suas desvantagens é que não pode trabalhar em alta pressão, a pressão máxima de trabalho é de cerca de 5000 bar. Quando se trata de trabalhar em altas temperaturas, poucos são os materiais que podem fazê-lo, e tanto o eletrólito quanto os eletrodos são feitos apenas de cerâmicas complexas.
Eletrolisador de Membrana de Troca Aniônica
O menos desenvolvido é o eletrolisador de membrana amniótica. Apesar das propriedades muito promissoras que apresenta, a eficiência atual é baixa, em torno de 50%. Eles só podem trabalhar com uma pressão máxima de 30 bar.
Sua principal vantagem é que não requerem catalisadores à base de metais nobres. Eles podem trabalhar com metais tradicionais, o que os torna muito promissores a longo prazo.
Espero que com essas informações você possa aprender mais sobre o que é um eletrolisador e suas características.