Pesquisadores do Centro de Estudos de Carbono em Agricultura Tropical (CCARBON) e do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) desenvolveram um novo método para o monitoramento da produção de hidrogênio em eletrolisadores – reatores que produzem hidrogênio e oxigênio gasoso a partir de água líquida por meio da aplicação de uma corrente elétrica.
O hidrogênio é um gás de uso na indústria química e alimentícia, mas também existe a perspectiva de empregá-lo como combustível em veículos e geradores. Quando a energia utilizada em sua produção é exclusivamente renovável, solar ou eólica, por exemplo, é possível obter o chamado hidrogênio verde.
Para que o eletrolisador produza hidrogênio puro, é preciso garantir que, após o processo de eletrólise da água, oxigênio e hidrogênio não se misturem novamente dentro do reator. Identificamos que é possível fazer esse controle tendo como base o monitoramento do escoamento do líquido que passa entre o hidrogênio e o oxigênio por meio de análise de imagem.
Com a nova abordagem, já com patente depositada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), é possível verificar a obtenção do hidrogênio puro a partir de técnicas mais econômicas, como o uso de reatores que fazem a eletrólise da água sem uma membrana de separação.
A eliminação de membranas ou diafragmas da arquitetura das células reduz os custos de fabricação e aumenta a sua durabilidade. A separação entre oxigênio e o hidrogênio gerado é feita principalmente pelo escoamento do líquido dentro do reator, que mantém as bolhas formadas durante a eletrólise da água presas na parede. Antes dessa nova forma de monitoração, existia nesses casos uma dificuldade para verificar o grau de pureza do hidrogênio produzido.
O método desenvolvido por cientistas do RCGI e do CCARBON permite extrair informações quantitativas dos componentes do escoamento multifásico dentro do reator por meio da análise de imagens do fluido.
A dificuldade estava em ter de monitorar cada bolha individualmente nesse processo, sendo que elas tendem a se sobrepor na imagem. Por meio de uma técnica já conhecida e chamada de optical flow, foi possível analisar pixel a pixel as imagens do escoamento e, com isso, identificar em que regiões do reator não há cruzamento de bolha de hidrogênio e de oxigênio.
Amaral conta que, embora a optical flow seja uma técnica amplamente utilizada, nunca tinha sido alvo na produção de hidrogênio. “É usada para o monitoramento de qualquer movimentação que provoque o deslocamento do pixel na imagem. No RCGI temos utilizado em pesquisas variadas, como rastrear o escoamento em tanques de petróleo, avaliar bombas cardíacas e analisar a formação de redemoinhos em Marte“, conta.
Além de contribuir para o monitoramento da produção de hidrogênio puro em reatores sem membrana, o novo método possibilita a fabricação de reatores mais estáveis e baratos. “Trata-se de um projeto que viabilizará o desenvolvimento de novos reatores para a produção de hidrogênio. E que pode ser utilizado para o monitoramento e a análise de qualquer escoamento multifásico. Por exemplo, na indústria de bebidas, para analisar a qualidade e o borbulhamento de bebidas gaseificadas”, acrescenta Julio Meneghini, diretor científico do RCGI e professor da Poli-USP.
Informações da Agência FAPESP
