Novo Recorde na produção de Hidrogênio por Energia Solar

Eletrólise solar

Caiu um recorde de eficiência na produção de hidrogênio a partir da luz solar que já durava 17 anos.

                                    

Uma equipe da Alemanha e dos EUA fabricou um tipo especial de célula solar que quebra diretamente as moléculas de água com uma eficiência de 14%, o que é muito próximo da eficiência das células solares que convertem a luz do Sol em eletricidade.

Essas células solares também são conhecidas como "folhas artificiais", parte de um campo de pesquisas denominadofotossíntese artificial.

A conversão direta da luz solar em hidrogênio tem inúmeras vantagens porque o hidrogênio pode ser armazenado, eliminando a inconstância da Energia Solar, e utilizado quando necessário em uma ampla gama de finalidades, inclusive em células a combustível, nas quais pode produzir eletricidade sem gerar poluentes.

Células solares em série

A base da inovação são as células solares em série, fabricadas com materiais conhecidos como semicondutores III-V.

Matthias May testou mais de 100 combinações desses materiais até conseguir a melhor receita.

Além disso, ele desenvolveu uma técnica fotoeletroquímica que modifica a superfície dos semicondutores, o que otimiza sua capacidade de quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.

Economia do Hidrogênio

"Projeções indicam que a geração de hidrogênio a partir da luz solar usando semicondutores de alta eficiência poderia ser economicamente competitiva com as fontes de energia fóssil em níveis de eficiência de 15% ou mais. Isto corresponde a um preço do hidrogênio de cerca de US$4 por quilograma," disse o professor Thomas Hannappel, coordenador do trabalho.

Mas, nesse campo, rendimento não é tudo: a durabilidade é essencial para uma produção sustentada de hidrogênio.

As amostras se mantiveram estáveis por mais de 40 horas, o que é muito em relação às demonstrações anteriores. Contudo, as projeções também mostram que é necessário alcançar uma vida útil de pelo menos 1.000 horas para que essas folhas artificiais comecem a gerar energia renovável de forma economicamente viável. E seria recomendável também livrar-se dos catalisadores de ródio, um metal do grupo da platina muito raro e caro.

Célula Solar Zumbi gera Energia depois de morta

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/10/2015

As Células Solares orgânicas viraram zumbis depois que todo o seu eletrólito secou - mas elas continuaram funcionando. [Imagem: Gerrit Boschloo Lab/RSC]

Células solares de plástico

As células solares orgânicas - que respondem por vários nomes, como células de Gratzel, células solares sensibilizadas por corantes, DSCs, células solares de plástico etc - são muito promissoras porque são fabricadas em plásticos flexíveis, podendo ser aplicadas sobre qualquer superfície, são transparentes e potencialmente muito baratas.

Além disso, elas não precisam do Sol direto, podendo gerar quantidades razoáveis de eletricidade mesmo em dias nublados ou em um lusco-fusco.

Ao contrário dos cristais de silício das células solares tradicionais, elas usam polímeros e moléculas orgânicas em estado líquido para absorver a luz e transportar as cargas elétricas geradas.

Ocorre que, com o tempo, esse líquido seca, e a célula solar orgânica deixa de funcionar - ou, pelo menos, deveria deixar de funcionar.

Célula solar zumbi

Foi isso que deu um susto na pesquisadora Marina Freitag, da Universidade de Uppsala, na Suécia, que recolheu uma série de células solares orgânicas "mortas" - cujo eletrólito tinha-se evaporado completamente - e verificou que elas haviam-se transformado em "células solares zumbis", e continuavam funcionando.

"As células solares secas funcionaram em alguns casos ainda melhor do que quando estavam cheias de líquido e vivas. A eficiência na conversão de energia de algumas aumentou até 8%, o que é um recorde para uma célula solar sensibilizada por corante com um condutor positivo sólido," conta o professor Gerrit Boschloo.

A geração de zumbis parece funcionar melhor com eletrólitos que contêm cobre. [Imagem: Marina Freitag et al - 10.1039/C5EE01204J]

Os pesquisadores constataram que, quando o eletrólito secou, formou-se uma estrutura sólida capaz de transportar cargas positivas - um condutor sólido de lacunas - que ninguém havia conseguido fabricar até hoje.

Ao tentar copiar o "DNA" das células solares renascidas, a equipe verificou que não é fácil fazer clones de zumbis: é mais fácil construir as células orgânicas da maneira tradicional, líquidas, e deixá-las morrer e voltarem à vida por conta própria.

Zumbis resistentes

A descoberta é promissora porque um dos grandes entraves à comercialização das células solares orgânicas é que é muito difícil selá-las, justamente para evitar que o eletrólito evapore.

A equipe agora vai acompanhar a resistência a longo prazo das células solares zumbis para verificar se esse é um caminho seguro rumo a células solares orgânicas sólidas que sejam duráveis, alcançando uma vida útil de pelo menos alguns anos.