São inúmeras a formas de produção de hidrogénio que actualmente se estão a explorar e aquelas que possivelmente se irão explorar. Sem dúvida que os custos de produção são da máxima importância mas também há que ter em conta, que caminhamos para um tempo em que a preservação do meio ambiente será um ponto-chave a respeitar para obter esta molécula.Sendo assim, de entre todas as formas de produção de hidrogênio, escolhi aqui descrever a produção de hidrogênio através da electrólise (relativamente simples).
Este método baseia-se na dissociação do composto em íons, segue-se uma passagem de corrente contínua através desses mesmos íons, obtendo-se os elementos químicos desejados. Este método tem uma eficiência global na ordem dos 70 -75%.
Em muitos casos, dependendo da substância a ser electrolisada e do meio em que ela ocorre, para além de se formarem os elementos desejados também ocorre a formação de novos compostos. O processo da electrólise é uma reacção de oxidação -redução oposta àquela que ocorre numa pilha sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não espontâneo.A eficiência deste processo pode ser melhorada por adição de sais ao electrólito de modo a aumentar a condutividade.
A energia eléctrica a fornecer poderá vir de fontes renováveis, como a energia solar, eólica, hídrica, biomassa, geotérmica, …
Com este tipo de fontes renováveis o uso da electrólise tem como vantagem ser uma forma de produzir hidrogénio perfeitamente limpo. Mas também tem aspectos negativos, como serem necessárias grandes quantidades de energia, sendo que em geral as fontes de energia usadas são não renováveis e consequentemente poluidoras.
Analisando um pouco a forma como ocorre um electrolise da água. Este método baseia-se na utilização da energia eléctrica, para separar os componentes da água (hidrogénio e oxigénio), sendo o rendimento global do processo da ordem dos 95%.No eléctrodo negativo, o cátodo, existe uma carga negativa gerada por uma bateria, da qual resulta uma tensão eléctrica que expele elétrons para a água. No eléctrodo positivo, o ânodo, existe uma carga positiva que absorve os elétrons. Como a condutividade da água é fraca, em vez da criação de carga ao longo de todo o circuito, as moléculas da água que se situam junto do cátodo são separadas em prótons e em íons hidróxido,
HO→H++OH−
Era de esperar que a água se separasse em partículas neutras (H+ e OH−), mas tal não acontece dado que a electronegatividade do átomo de oxigénio é superior à do hidrogénio, ou seja, o oxigénio capta o elétrons do hidrogénio ficando na forma mais estável com as orbitais todas preenchidas.O H+ é capaz de capturar um elétron do cátodo, passando a átomo neutro:
H+ + e_ →H
Este átomo de hidrogénio encontra outro átomo de hidrogénio e forma uma molécula gasosa de hidrogénio:
H +H→H2
O íon OH– migra para o ânodo e aí perde o elétron capturado do hidrogénio. A produção de oxigénio e de água é conseguida a partir de 4 íons OH– de acordo com a seguinte reacção:
4OH− →O2 +2H2 O+4e−
A libertação de oxigénio é observada pelo borbulhar que surge na solução. Assim, um circuito fechado é criado, envolvendo partículas negativamente carregadas – elétrons no fio, íons de hidróxido na água. A energia cedida pela bateria é armazenada sobre a forma de hidrogénio.
Um diagrama possível para este método de obtenção do hidrogénio é o seguinte:
Esta célula necessita de água pura, logo um sistema de tratamento de água é instalado. Aproximadamente 1litro da água é requerido para produzir 1 Nm3 ou 0.09 quilogramas de hidrogénio.
Este é composto pelos seguintes componentes principais: transformador, rectificador, purificador de água, um sistema de manipulação do “lye” (refrigerador e bomba), secador, “deoxidiser”, compressor e armazenamento. As únicas impurezas directas são o vapor do oxigénio e da água. O vapor é removido pelo secador e pelo oxigénio pelo “deoxidiser”. Após a purificação o hidrogénio é comprimido e armazenado.Para conseguir a capacidade desejada da produção, todos os acumuladores de calor são colocados em série formando um módulo. Para o processo existem dois tipos de mais comuns, atmosféricos e pressurizados. Uma vantagem do electrólito atmosférico é que ao trabalhar a pressão atmosférica, tem um consumo de energia mais baixo mas o espaço requerido para a unidade é relativamente elevado. A produção sustentável da electricidade torna-se um ponto vital na viabilidade da electrólise, dado que esta acarreta dois terços do seu custo.
Este método baseia-se na dissociação do composto em íons, segue-se uma passagem de corrente contínua através desses mesmos íons, obtendo-se os elementos químicos desejados. Este método tem uma eficiência global na ordem dos 70 -75%.
Em muitos casos, dependendo da substância a ser electrolisada e do meio em que ela ocorre, para além de se formarem os elementos desejados também ocorre a formação de novos compostos. O processo da electrólise é uma reacção de oxidação -redução oposta àquela que ocorre numa pilha sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não espontâneo.A eficiência deste processo pode ser melhorada por adição de sais ao electrólito de modo a aumentar a condutividade.
A energia eléctrica a fornecer poderá vir de fontes renováveis, como a energia solar, eólica, hídrica, biomassa, geotérmica, …
Com este tipo de fontes renováveis o uso da electrólise tem como vantagem ser uma forma de produzir hidrogénio perfeitamente limpo. Mas também tem aspectos negativos, como serem necessárias grandes quantidades de energia, sendo que em geral as fontes de energia usadas são não renováveis e consequentemente poluidoras.
Analisando um pouco a forma como ocorre um electrolise da água. Este método baseia-se na utilização da energia eléctrica, para separar os componentes da água (hidrogénio e oxigénio), sendo o rendimento global do processo da ordem dos 95%.No eléctrodo negativo, o cátodo, existe uma carga negativa gerada por uma bateria, da qual resulta uma tensão eléctrica que expele elétrons para a água. No eléctrodo positivo, o ânodo, existe uma carga positiva que absorve os elétrons. Como a condutividade da água é fraca, em vez da criação de carga ao longo de todo o circuito, as moléculas da água que se situam junto do cátodo são separadas em prótons e em íons hidróxido,
HO→H++OH−
Era de esperar que a água se separasse em partículas neutras (H+ e OH−), mas tal não acontece dado que a electronegatividade do átomo de oxigénio é superior à do hidrogénio, ou seja, o oxigénio capta o elétrons do hidrogénio ficando na forma mais estável com as orbitais todas preenchidas.O H+ é capaz de capturar um elétron do cátodo, passando a átomo neutro:
H+ + e_ →H
Este átomo de hidrogénio encontra outro átomo de hidrogénio e forma uma molécula gasosa de hidrogénio:
H +H→H2
O íon OH– migra para o ânodo e aí perde o elétron capturado do hidrogénio. A produção de oxigénio e de água é conseguida a partir de 4 íons OH– de acordo com a seguinte reacção:
4OH− →O2 +2H2 O+4e−
A libertação de oxigénio é observada pelo borbulhar que surge na solução. Assim, um circuito fechado é criado, envolvendo partículas negativamente carregadas – elétrons no fio, íons de hidróxido na água. A energia cedida pela bateria é armazenada sobre a forma de hidrogénio.
Um diagrama possível para este método de obtenção do hidrogénio é o seguinte:
Esta célula necessita de água pura, logo um sistema de tratamento de água é instalado. Aproximadamente 1litro da água é requerido para produzir 1 Nm3 ou 0.09 quilogramas de hidrogénio.
Este é composto pelos seguintes componentes principais: transformador, rectificador, purificador de água, um sistema de manipulação do “lye” (refrigerador e bomba), secador, “deoxidiser”, compressor e armazenamento. As únicas impurezas directas são o vapor do oxigénio e da água. O vapor é removido pelo secador e pelo oxigénio pelo “deoxidiser”. Após a purificação o hidrogénio é comprimido e armazenado.Para conseguir a capacidade desejada da produção, todos os acumuladores de calor são colocados em série formando um módulo. Para o processo existem dois tipos de mais comuns, atmosféricos e pressurizados. Uma vantagem do electrólito atmosférico é que ao trabalhar a pressão atmosférica, tem um consumo de energia mais baixo mas o espaço requerido para a unidade é relativamente elevado. A produção sustentável da electricidade torna-se um ponto vital na viabilidade da electrólise, dado que esta acarreta dois terços do seu custo.
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