A fonte de energia renovável já está bem consolidada no Brasil. Seja solar, eólica ou biomassa, estas fontes de energia estão disponíveis mercado.
A eletrólise, processo eletrointensivo, requer uma avaliação minuciosa, pois é o gargalo do processo de produção do hidrogênio verde. Existem dois métodos de eletrólise da água, disponíveis no mercado:
Eletrólise da água com células de membrana de troca de prótons (PEM);
Eletrólise da água com células de óxido sólido (SOEC).
Eletrólise da água com células de membrana de troca de prótons (PEM)
Os eletrolisadores PEM utilizam uma membrana de troca de prótons e um eletrólito polimérico sólido.
A corrente elétrica aplicada nos eletrolisadores, divide a água em hidrogênio e oxigênio e os prótons do hidrogênio atravessam a membrana para formar gás hidrogênio, no lado do cátodo.
Estas células são as mais populares porque produzem hidrogênio com alto grau de pureza e são fáceis de refrigerar.
Eletrólise da água com células de óxido sólido (SOEC)
A eletrólise da água com células de óxido sólido (SOEC) funcionam em temperaturas mais elevadas (entre 500 e 850 ºC) e têm o potencial de ser muito mais eficientes do que as células PEM e alcalinas.
O processo se denomina eletrólise de alta temperatura (HTE) ou eletrólise do vapor de água e utiliza um material cerâmico sólido como eletrólito. Os elétrons do circuito externo são combinados com a água no cátodo para formar o gás hidrogênio e íons de carga negativa. O oxigênio então passa através da membrana cerâmica deslizante e reage no ânodo para formar gás oxigênio e gerar elétrons para o circuito externo. Tecnologicamente estão menos desenvolvidas que as células PEM.
Comparações entre as células PEM e SOEC e suas restrições
Comparativamente, os eletrolisadores SOEC possuem como vantagens maiores eficiências energéticas e maiores taxas de produção, do que os eletrizadores alcalinos e PEM. A Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) estima que os eletrolisadores SOEC são 10% a 26% mais eficientes (em kWh por kg de hidrogênio produzido) do que as tecnologias alcalinas e PEM.
Contudo, os eletrolisadores SOEC apresentam problemas de estabilidade a longo prazo, causados, por exemplo, pelo envelhecimento do eletrólito e a desativação do eletrodo (URSÚA et al., 2012). Este é o principal obstáculo para a aplicação industrial desta célula.
Embora disponíveis comercialmente, os eletrolisadores PEM apresentam algumas desvantagens que requerem atenção especial no curto prazo. O principal problema são seus altos custos de investimento, principalmente associados às membranas e aos eletrodos de base metal nobre, como platina e iridium (URSÚA et al., 2012).
Ciente das vantagens e desvantagens dos principais eletrolisadores no mercado, uma decisão pode ser baseada em uma análise técnica-econômica do projeto.
URSÚA, A.; GANDÍA, L. M.; SANCHIS, P. Hydrogen production from water electrolysis: current status and future trends. Proceedings of the IEEE, v. 100, n. 2, p. 410-426, 2012.
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