A importância da qualidade da água na geração de Hidrogênio

A geração de hidrogênio (H2) por hidrólise é uma das tecnologias mais promissoras para a produção de energia limpa e sustentável. Esse processo, que utiliza a eletrólise da água para separar o H2 e o oxigênio (O2), depende diretamente da qualidade da água utilizada. O tratamento da água é uma etapa crítica para garantir a eficiência, durabilidade e segurança dos sistemas de hidrólise. 

Os geradores de H2 comerciais atuais exigem água com padrões elevados de pureza. Isso porque os sais e material orgânico presentes na água podem danificar os eletrodos. A condutividade é um parâmetro generalista, que representa a soma de todos os agentes ionizados na água (principalmente sais), e na alimentação de eletrolisadores alcalinos se recomenda um valor inferior a 1 µS/cm. Já para os eletrolisadores do tipo PEM, mais sofisticados, que utilizam uma membrana separadora de prótons, a qualidade de água exigida é de 0,1 µS/cm.

Para os sistemas PEM, o pré-tratamento da água de alimentação recomendado é a osmose reversa e eletrodeionização, pois os metais pesados ficam abaixo do limite de detecção e componentes orgânicos possuem já uma concentração muito reduzida. Os metais pesados podem corroer ou inativar a superfície dos eletrodos e o material orgânico pode incrustar as  membranas que separam os gases.

Compostos orgânicos e metais pesados ainda podem adsorver nos catalisadores, inativando-os. Além disso, a presença de impurezas pode levar à formação de subprodutos indesejados, como peróxido de hidrogênio, que também contribui para a corrosão prematura dos componentes do sistema. 

Podemos calcular com precisão a quantidade de água necessária para a produção de hidrogênio, usando a composição atômica da água, H2O. Como a massa do O2 é 16 vezes maior que a do H2, ele é responsável por 89% da massa de água, o que significa que 9 litros (ou kg) de água são necessários para produzir 1 kg de H2.

Porém, essa abordagem não nos dirá muito sobre a taxa de consumo de água (m³/h), que é necessária para os sistemas instalados. A classificação dos eletrolisadores se dá pelo consumo energético, em MW. A quantidade de água necessária por MW do eletrolisador depende de quanta energia o eletrolisador precisa para converter os 9 L (ou kg) de água ultrapura em 1 kg de hidrogênio. 

A maioria dos eletrolisadores consome entre 45 e 55 kWh por kg de hidrogênio, o que significa que 163–200 L/h de água são necessários por MW de capacidade do eletrolisador. Assim, uma usina de 10 MW precisa de 2 m³/h, e uma usina de 1 GW precisa de 200 m³/h de água purificada.

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