Reator imita plantas para produzir combustível solar
Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/12/2010
Combustível solar
Um grupo de pesquisadores norte-americanos e suíços desenvolveu um reator capaz de produzir combustível líquido que é uma boa aproximação do conceito de fotossíntese artificial.
O reator produz combustível usando a luz do Sol, dióxido de carbono e água, mais um composto chamado óxido cérico. E o combustível são hidrocarbonos, similares ao petróleo e aos bio-óleos.
A distância da fotossíntese real é gigantesca, mas a ideia de imitar a forma de conseguir energia desenvolvida ao longo de milhões de anos pela natureza parece ser um caminho mais concreto do que as "formas alternativas" já desenvolvidas pelo homem. [Imagem: Chueh et al./Science]
A distância da fotossíntese real é gigantesca, mas a ideia de imitar a forma de conseguir energia desenvolvida ao longo de milhões de anos pela natureza parece ser um caminho mais concreto do que as "formas alternativas" já desenvolvidas pelo homem - tanto que os cientistas já falam na criação de folhas artificiais.
Produzir combustível líquido a partir da luz do Sol significa que a energia estará disponível a qualquer momento, e não apenas enquanto o Sol está brilhando. E ela pode ser facilmente transportada para ser utilizada em outro lugar.
Hidrocarbonos artificiais
O princípio de funcionamento do reator lembra com a forma como as plantas geram sua própria energia, aproveitando a energia do Sol para converter dióxido de carbono em polímeros à base de açúcar e compostos aromáticos.
Esses compostos de origem biológica podem ser transformados em combustível arrancando-se o oxigênio de suas formulações. É o que os cientistas acreditam que aconteça na geração natural dos combustíveis fósseis.
Isto também pode ser feito de forma artificial, por meio de processos de dissolução, fermentação e hidrogenação, gerando os bio-óleos.
Mas gerar os combustíveis líquidos a partir da luz do Sol ainda não pôde ser realizado com eficiência, e uma rota para os "biocombustíveis solares" continua sendo um caminho a ser desbravado.
Reator solar
Agora, William Chueh e seus colegas demonstraram um projeto de reator que se mostrou altamente promissor.
A luz do Sol concentrada aquece o óxido cérico - um óxido do metal de terras raras cério - a uma temperatura suficiente para arrancar alguns átomos de oxigênio de sua rede cristalina - o cério tem uma propensão natural a liberar oxigênio quando é aquecido e absorvê-lo quando voltar a resfriar.
Quando atinge uma temperatura adequada, água ou dióxido de carbono são bombeados para dentro do reator.
Sentindo a falta de seu oxigênio, arrancado pelo calor, o material prontamente arranca átomos da água ou do dióxido de carbono, de forma a repor seu oxigênio perdido.
O hidrogênio produzido pode ser usado para abastecer células a combustível, enquanto a combinação de hidrogênio e monóxido de carbono, mediante o uso de catalisadores adicionais, pode ser usada para criar uma espécie de gasolina sintética.
Quando o óxido de cério se resfria pela interação com a água ou com o gás, estes são drenados e o processo começa novamente.
Para otimizar a luz do Sol captada, a abertura por onde a luz entra é dotada de uma lente de quartzo e seguida por um sistema que a reflete múltiplas vezes, otimizando o aquecimento do óxido cérico.
Segundo os pesquisadores, os cilindros de óxido de cério que ficam dentro da cavidade suportam centenas de ciclos de aquecimento e resfriamento. E o cério é o elemento mais abundante na família das terras raras, o que significa que ele não é tão caro.
Conversão da energia solar
Embora o conceito seja promissor, o protótipo ainda é ineficiente, aproveitando apenas entre 0,7% e 0,8% da energia solar que entra no reator - as células solares de silício convertem até 20%, podendo chegar ao dobro disto com o uso deconcentradores ópticos.
Por outro lado, as maiores perdas se dão durante a manipulação da luz solar e por falta de um isolamento mais eficiente, e não pelo princípio de funcionamento baseado no aproveitamento das propriedades do óxido de cério, que é o grande avanço científico da pesquisa.
Segundo os pesquisadores, seus cálculos indicam que é possível alcançar uma eficiência de até 19% com a solução desses "problemas de engenharia".
Bibliografia:
High-Flux Solar-Driven Thermochemical Dissociation of CO2 and H2O Using Nonstoichiometric Ceria
William C. Chueh, Christoph Falter, Mandy Abbott, Danien Scipio, Philipp Furler, Sossina M. Haile, Aldo Steinfeld
Science
24 December 2010
Vol.: 330 1797 -1801
DOI: 10.1126/science.1197834
Source/Fonte: Inovação Tecnológica
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TC: Marcelo F. Molina
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Science 24 December 2010:
Vol. 330 no. 6012 pp. 1797-1801
DOI: 10.1126/science.1197834
REPORT
High-Flux Solar-Driven Thermochemical Dissociation of CO2 and H2O Using Nonstoichiometric Ceria
William C. Chueh1, Christoph Falter2, Mandy Abbott1, Danien Scipio1, Philipp Furler2, Sossina M. Haile1,* and Aldo Steinfeld2,3,*
+Author Affiliations
1Materials Science, California Institute of Technology, MC 309-81, Pasadena, CA 91125, USA.
2Department of Mechanical and Process Engineering, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, 8092 Zürich, Switzerland.
3Solar Technology Laboratory, Paul Scherrer Institute, 5232 Villigen PSI, Switzerland.
*To whom correspondence should be addressed. E-mail: smhaile@caltech.edu (S.M.H.); aldo.steinfeld@ethz.ch (A.S.)
ABSTRACT
Because solar energy is available in large excess relative to current rates of energy consumption, effective conversion of this renewable yet intermittent resource into a transportable and dispatchable chemical fuel may ensure the goal of a sustainable energy future. However, low conversion efficiencies, particularly with CO2 reduction, as well as utilization of precious materials have limited the practical generation of solar fuels. By using a solar cavity-receiver reactor, we combined the oxygen uptake and release capacity of cerium oxide and facile catalysis at elevated temperatures to thermochemically dissociate CO2 and H2O, yielding CO and H2, respectively. Stable and rapid generation of fuel was demonstrated over 500 cycles. Solar-to-fuel efficiencies of 0.7 to 0.8% were achieved and shown to be largely limited by the system scale and design rather than by chemistry.
Received for publication 15 September 2010.
Accepted for publication 23 November 2010.
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