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sexta-feira, 13 de fevereiro de 2009

Hidrogênio, energia limpa. Geração, estocagem e uso

por Claudio Lopes

Hdrogênio - olibertario.org

Imagine você acordar com a temperatura da sua casa no nível que mais lhe agrada, tomar um banho demorado com uma água deliciosamente limpa, sem cloro, trocar de roupa e dirigir seu carro por quilômetros e mais quilômetros sem se preocupar com o custo do combustível ou poluição.

Esse parece ser um cenário magnífico e inalcançável. Mas, acredite, está se tornando cada vez mais possível. E o responsável por tudo isso pode ser o hidrogênio. Essa é umas das matrizes energéticas que mais avançam devido aos esforços concentrados de pesquisadores de todo o mundo.

Por enquanto, sua geração ainda consome tanta energia, ou mais, do que proporciona. E tem também o problema da estocagem. O hidrogênio tem baixa densidade e somente se torna líquido a -252ºC. Isso torna difícil a utilização o sistema convencional de armazenamento. Caso quiséssemos usá-lo em um tanque, esse teria de ter paredes de aço de pelo menos 3 polegadas de espessura. Dá para imaginar um carro com tanques assim? Somente o tanque pesaria algo em torno de 1.300 quilos.

Muitos projetos para a armazenagem desse produto foram desenvolvidos. A seguir, citarei alguns deles.

Tanques de armazenamento sólido. Eles podem possuir compostos organometálicos ou os hidretos metálicos. Mas esses têm problemas: nos tanques de compostos organometálicos o hidrogênio deve ser mantido e liberado a temperaturas baixíssimas, conhecidas como criogênicas. Já nos hidretos metálicos a temperatura deve estar acima dos 300ºC.

As pesquisas continuam e os cientistas descobriram um novo material que é à base de um elemento chamado ródio. Ele armazena e libera o hidrogênio em temperatura ambiente. Mas ele não é capaz de resolver todo o problema. Como o ródio é um metal pesado, a proporção de hidrogênio armazenado nesse material, em termos de peso, é de apenas 0,1%. Um tanque com esse material sozinho não consegue dar um rendimento esperado em termos de quantidade de hidrogênio armazenado. Não é possível construir um tanque inteiro só de ródio. Neste caso o sistema seria misto. Inicia-se a partida do motor com o tanque de ródio e continua-se com o de hidretos metálicos, uma vez que o motor já estaria a uma temperatura ideal.

A molécula de etileno. O etileno é uma molécula que está na maioria dos plásticos comuns. Ela é formada por 4 átomos de hidrogênio ligados a um par de átomos de carbono. Cientistas norte-americanos e turcos descobriram que conectando-se um átomo de titânio em cada uma das extremidades opostas da molécula, o etileno passaria a absorver até 20 átomos de hidrogênio. Ao aquecer a molécula o hidrogênio é liberado. Essa pode ser uma solução.

Mais trabalhos de pesquisa e os cientistas da Universidade de Versailles descobriram materiais que “respiram”. São materiais sólidos porosos com capacidade de aumento de volume quando absorve líquidos. Segundo eles, o volume desses materiais pode chegar a até três vezes o seu volume inicial. O termo respirar se deve pela característica de variações reversíveis no volume de um órgão, sob o efeito de um estímulo que pode ser um aumento de pressão, temperatura, injeção de um gás, etc. No nosso organismo esse efeito é notado em nossos pulmões que tem a capacidade de se expandir em 40% quando inspiramos o ar. Esse novo material é um composto chamado dicarboxilato metálico trivalente. É um material cristalino. Alguns polímeros também têm essa característica, no entanto, apresentam quebras de sua estrutura atômica quando absorvem líquidos. E mais, esse novo composto híbrido é seletivo quanto aos líquidos que absorve; o que é muito bom para a indústria química no que diz respeito a processos de separação de materiais. Basta saber como o hidrogênio poderá ser usado com esse novo produto. Como foi dito antes, existem limitações de temperatura quanto ao seu estado gasoso e líquido.

Cientistas da Universidade da Califórnia se debruçaram sobre suas anotações e foram fabricados os cristais menos densos já vistos. Esse novo compósito orgânico foi criado utilizando-se elementos leves como o hidrogênio, oxigênio, carbono e boro. Esses elementos foram estruturados por ligações covalentes fortes e termicamente estáveis. É uma nova área de pesquisa química, a química reticular. Esse material é muito promissor porque abre a possibilidade de se armazenar gases na forma sólida. Neste caso, eles reagiriam quimicamente e se organizariam no interior da estrutura atômica do material hospedeiro.

Agora também começam a aparecer as ligas quânticas. Elas pertencem a um novo campo de pesquisas chamado nanofísica. Usando técnicas de manipulação cientistas da Universidade do Tennessee conseguiram ajustar a estabilidade e as propriedades físicas dessas novas ligas. Isso é muito significativo porque é extremamente difícil controlar essas propriedades, como a supercondutividade, por exemplo, numa escala tão pequena e de forma tão precisa sem destruí-la.

Mas o que isso tem a ver com o hidrogênio? O que os cientistas se perguntam é se é possível alterar as propriedades físicas dessa maneira, a questão é se não podem também ajustar as propriedades químicas de um material. Isso faz sentido.
Eles procuram modificar o magnésio adicionando diferentes quantidades de sódio e alumínio. Com isso querem ver se os átomos de hidrogênio se prendem e sejam liberados de uma película de magnésio extremamente fina. Essa é uma forma de aprender a armazenar e depois liberar o hidrogênio. Com isso buscam resolver o desafio para o uso dessa fonte de energia.


As moléculas orgânicas que imitam metais. Elas podem armazenar hidrogênio. É o caso dos carbenos. Um carbeno é uma molécula que possui um carbono com seis elétrons e não os oito, normalmente encontrados. Isso os torna altamente reativos e instáveis. Elas imitam as propriedades dos metais de várias formas. Uma delas é a capacidade de armazenar hidrogênio no interior de sua estrutura molecular. Infelizmente esse é um material bastante raro.


As últimas sobre a produção de hidrogênio

Pesquisadores das universidades Penn State e Virginia, nos Estados Unidos estão estudando agora o uso de aglomerados de átomos de alumínio em água. A exposição desse material faria com que as moléculas de água fossem quebradas liberando o hidrogênio e o oxigênio no processo.

Se tudo der certo com certeza em breve teremos soluções interessantes para o uso dessa tecnologia promissora.
Até agora, os pesquisadores procuram solução para a reciclagem desses aglomerados de alumínio. Com isso, o uso prático dessa tecnologia abre espaço para termos tantas facilidades quanto as que desejamos num mundo mais limpo. E o custo, ao que tudo indica, seria bem baixo. Essa idéia é sustentada pelo fato de sabermos que o uso de latas de alumínio recicladas é muito mais interessante que sua produção inicial a partir da natureza.

Se a produção do hidrogênio for possível pela quebra da molécula da água tal como se espera, talvez não precisemos de grandes tanques para estocar o produto final e sim os materiais, que combinados, o gerarão.

Pense num futuro onde não serão necessários cabos elétricos cortando cidades e alimentando casas. Esse seria o resultado caso pudéssemos obter esse gás de forma tão simples e segura. Cada casa teria sua própria usina geradora.

E seria mais fácil ter a temperatura da nossa casa no nível que mais nos agrada, tomar um banho demorado com uma água deliciosamente limpa, dirigir por quilômetros e mais quilômetros sem se preocupar com o custo do combustível ou poluição...

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