CSIRO lança nova tecnologia de hidrogênio que usa 30% menos energia eólica e solar

A CSIRO criou uma nova empresa que apresenta tecnologia de eletrolisador que requer 30% menos energia eólica e solar, um ganho significativo na corrida para tornar a produção de hidrogénio verde tão eficiente e rentável quanto possível.

Uma nova empresa, chamada Hadean Energy, testará a tecnologia de ponta na Port Kembla Steelworks da BlueScope para demonstrar o equipamento em escala piloto em um ambiente industrial antes de passar para instalações em escala de megawatts.

É uma de uma série de novas tecnologias de hidrogénio verde onde a eficiência – especialmente na quantidade de eletricidade utilizada – é fundamental. Uma spin-off da Universidade de Wollongong, Hysata, abriu recentemente sua primeira fábrica em Port Kembla e está construindo sua primeira instalação de 5 MWh.

Eletrolisadores que usam calor industrial e eletrólitos cerâmicos sólidos são difíceis de escalar, degradam-se em altas temperaturas e as longas vedações nas bordas das formas planas, quadradas ou retangulares criam muitas oportunidades para vazamentos.

Mas até à data é uma das únicas opções para instalações industriais que pretendem utilizar o calor residual, que de outra forma teria de ser arrefecido de forma dispendiosa, e o vapor residual, para produzir hidrogénio ou hidrocarbonetos sintéticos.

Os investigadores do CSIRO passaram os últimos sete anos a construir uma alternativa: em vez de quadrados planos, porque não construir tubos que só precisam de ser selados em cada extremidade?

O resultado final, um tubo cerâmico com eletrodos por dentro e por fora, é aparentemente simples. Mas os investigadores, liderados pelo líder do hidrogénio da CSIRO, Dr. Sarbjit Giddey, tiveram de enfrentar uma série de desafios antes de chegarem ao seu primeiro sistema de 250 watts (quadrados planos são fáceis de construir – tubos não).

O teste de sua primeira unidade em escala de quilowatts na siderúrgica de Port Kembla da Bluescope Steel continuará por quatro meses no próximo ano. Entretanto, está a trabalhar na ampliação do processo de produção para construir uma unidade à escala de megawatts.

Em cinco anos, a empresa pretende construir e vender unidades de vários megawatts, diz Dougal Adamson, executivo da RFC Ambrian.

A tecnologia tubular de eletrólise de óxido sólido (SOE) usa vapor de processos industriais para se dividir em oxigênio e hidrogênio, e calor de processo industrial para reduzir os níveis de energia necessários para quebrar as moléculas e, portanto, o custo de produção de hidrogênio ou gases sintéticos por divisão moléculas de dióxido de carbono.

Eletrodos dentro e fora do tubo fornecem a energia para dividir as moléculas. O material cerâmico permite que os íons de oxigênio escapem enquanto retém o hidrogênio.

Eles dizem que a 800°C o sistema usa 30% menos eletricidade, ou cerca de 40 quilowatts-hora (kWh) por quilograma de hidrogênio, do que um eletrolisador de membrana de troca de prótons (PEM) ou um sistema alcalino, que usa cerca de 55 kWh/kg de hidrogênio.

Com calor de “baixa qualidade”, que fica em torno da marca de 200-300°C, é 20% mais eficiente, diz Adamson.

“Em termos de investigação fundamental, a própria célula que a CSIRO desenvolveu é muito boa, pelo que a ciência fundamental é excelente e líder da indústria. O que Hadean está fazendo é o próximo passo de engenharia e de torná-lo um produto comercial utilizável para a indústria, algo que seja seguro, durável e escalonável”, diz ele.

O novo sistema pode ser útil para ambos os níveis de calor.

Isso significa que as empresas com vapor superaquecido podem pular a etapa extra de colocá-lo em uma turbina para alimentar um eletrolisador PEM, diz Adamson.

E por causa do calor incorporado no vapor, significa que o calor de baixa qualidade que de outra forma não é útil e deve ser resfriado usando refrigeradores ainda é eficaz usando este sistema.

Giddey diz que a tecnologia permite que o calor residual industrial seja integrado novamente nos processos industriais, o que também elimina os custos de armazenamento e transporte e, portanto, o uso de combustíveis fósseis no processo industrial.

O que este sistema enfrenta são os eletrolisadores cerâmicos planos quadrados, fabricados por empresas como Bloom Energy e Sunfire nos EUA.