Como acontece a geração de hidrogênio verde? | Na Prática a Teoria não é Outra

Olá eu sou Domingos da exer e hoje a gente vai falar sobre hidrogênio verde e entender como funciona a eletrólise [Música] [Música] o tema que tá muito em Volga Hoje é a transição energética esse termo ele representa todos aqueles esforços de sair de uma matriz energética que libera carbono né que é poluente para uma matriz energética mais limpa e que menor que menos agride o meio ambiente essa transição energética ela se manifesta em várias tecnologias em vários projetos várias iniciativas e uma das que tem tido bastante destaque é a produção do chamado hidrogênio Verde primeiro

vamos falar da produção do hidrogênio né o hidrogênio tem quem chama de uma forma uma fonte de energia eu prefiro entender o hidrogênio como uma forma de transporte de energia como a gente vai ver esse hidrogênio ele transporta uma energia que inicialmente é gerada a partir de alguma fonte renovável né quando é um hidrogênio Verde outras formas de hidrogênio a gente vai falar delas também mas a partir de uma fonte renovável tem um hidrogênio que é chamado de verde como uma tecnologia para transportar essa energia e ser é convertida novamente em de energia elétrica e

poder ser usado como eu já disse né o hidrogênio verde que é o que tem tido mais ênfase hoje em dia ele tá associado ao tema da transmição energética porque além de ser o hidrogênio em si como tecnologia de transporte ou de geração de energia como você preferir ele tem uma questão da fonte de energia né a fonte de energia se é uma fonte verde se é uma fonte renovável e não poluente e a gente vai entender um pouquinho como é que a gente consegue isso a gente também vai estar entendendo aqui como é que

é o processo de eletrólise é fundamental pra produção de hidrogênio entender a eletrólise feita da forma como é feita industrialmente hoje e o processo reverso que é o processo de produzir energia elétrica a partir do hidrogênio que também a gente vai estar entendendo quimicamente fisicamente como é que funciona bom primeiro a gente vai entender Que conversa é essa de hidrogênio verde né esse terminologia Verde outras cores ela serve para poder indicar qual é a fonte desse de produção desse hidrogênio né E também qual é o grau de poluição que essa forma de energia produz ou

não Tá então a gente tem o hidrogênio marrom que é o hidrogênio produzido a partir do carvão por um processo chamado de gasificação esse processo ele é bastante uente libera muito CO2 na natureza outro tipo de hidrogênio é chamado de hidrogênio cinza que é o hidrogênio produzido a partir do gás natural metano para um processo chamado de reforma a vapor nesse processo também é emitido o gás carbônico portanto é um processo poluente e hoje essa é a forma que mais se produz hidrogênio então hidrogênio usado para fins industriais a maior parte dele hoje vem do

que a gente chama de processo de hidrogênio cinza existe o que é chamado de hidrogênio azul que é quando eu uso o processo marrom ou cinza mas eu faço um processo de sequestro do carbono através da captura aí do carbono produzido nesse processo diminuindo as emissões então isso a gente chama de hidrogênio azul e finalmente o hidrogênio verde que é o nosso tema aqui é aquele hidrogênio que é produzido através do processo de eletrólise da água e essa fonte de energia para eletrólises é uma fonte renovável pode ser energia solar energia eólica independendo da forma

como a gente avalia também a energia hidroelétrica são fontes que vem de formas renováveis de energia e portanto não há de carbono ou uma baixíssima emissão de carbono do processo na produção desse hidrogênio bom e eletrólise O que é a eletrólise é o processo de quebra das moléculas de água em hidrogênio e oxigênio como a gente sabe a molécula de água é o h2oo significa que ele tem dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio a gente através da passagem da corrente elétrica é possível quebrar essa molécula em hidrogênio e oxigênio que vão se

juntar e formar o gás hidrogênio H2 e o gás oxigênio O2 né bom esse processo ele necessita de dois eletrodos que são dois elementos metálicos né que vão estar embebidos aí ou vão est mergulhados ou em contato com o meio eletrolítico esse meio eletrolítico é um meio que permite a movimentação de íons que vão ser produzidos na água né essa água ela é ionizada por algum processo e os eletrodos vão atrair os íons conforme a sua carga positiva ou negativa e com isso a gente vai est ganhando e perdendo elétrons em cada eletrodo o eletrodo

onde a gente recebe elétrons é o anodo Né que é onde que tem um ponto positivo Polo positivo e o eletrodo onde que a gente captura os elétrons é o catodo onde a gente tem o polo negativo da nossa fonte de alimentação a partir daí a gente consegue produzir os gases hidrogênio e oxigênio em volta desses eletrodos a partir da água Originalmente inteira que a gente coloca ali dentro a eletrólise ela pode ser feita de algumas formas as três formas mais comun são eletrólitos alcalina que é aquela que geralmente a gente aprende na escola né

onde a gente tem lá uma cuba de água essa água geralmente é colocado um sal ou uma base ou um ácido para poder fazer a ionização dessa água né se chamado de eletrólise alcalina tem também o processo de eletrólise por óxido sólido que é um processo que se dá em altas temperaturas e aquele que é tema do nosso estudo aqui hoje o processo de eletrólise por pen né a gente vai entender agora o que que é esse pen pem que define o processo de eletrólise que hoje é o mais usado ou que se pretende utilizar

mais para poder fazer produção de hidrogênio verde o atal da eletrólise pen como é que ela funciona né Quais são as suas características bem primeiro entender que esse pen pem ele é aig em inglês que pode significar duas coisas ele pode significar membrana de troca de prótons ou membrana eletrolítica polimérica tá os dois termos escrevem a mesma coisa que é um processo que diferente da eletrólise alcalina onde a gente tem ali um um uma uma grande área de líquido onde a gente tem a água misturada com alguma coisa na eletrólise pen a gente trabalha com

água destilada que tem ser um primeiro ponto importante porque por processos de eletrólise alcalina muitas Às vezes a gente tem a corrosão seja do local ou seja dos eletrodos porque a gente tem e elementos ácidos ou base fazendo parte do processo no caso das eletrólises pen a gente trabalha com água destilada Até deve ser destilada para que outros minerais não contaminem ali e ali eu tenho os dois eletrodos separados por uma fina membrana que tem a característica de deixar passar apenas os íons positivos né Essa membrana ela é construída de materiais especiais que tem essa

característica mais ou menos é o que a gente tá vendo aí nesse diagrama que você tá vendo na tela aí onde a gente mostra o formato básico né de forma resumida de um sistema aí com ah construção de um eletrolisador pen ou seja um dispositivo que é capaz de fazer eletrólise e usa uma membrana pen para poder separar as duas partes com esse tipo de processo ele é bastante interessante né tem se dado muita atenção para ele porque ele traz algumas vantagens A primeira é a produção de hidrogênio com uma altíssima eh pureza é uma

pureza que pode chegar a 99.9 99 né a estratégia da membrana pen ela é muito eficaz para poder separar o hidrogênio da água e do oxigênio gerado Além disso é um processo que tem uma eficiência considerada alta Uma eficiência entre 70 e 85% e isso é considerável consideravelmente alto né Principalmente comparado com processo alcalino e a Outra vantagem que ela tem é que ela trabalha numa temperatura moderada uma temperatura Entre 50 e 80º a gente consegue realizar esse processo como é necessário altas temperaturas como acontece em outros processos de eletrólise bom então a eletrólise do

tipo P ela vai acontecer da seguinte maneira né a gente tá vendo aí de uma forma esquemática né um diagrama onde eu tenho os dois eletrodos o catodo e o anodo ligados numa fonte de tensão contínua essa fonte de tensão contínua ela vai tá fazendo circular uma corrente no sentido que a gente tá vendo aí né apontando de forma genérica a gente consegue ver que eu tenho uma entrada de água do lado do anodo poderia entrar também do lado do catodo mas tipicamente é in da água do lado do anodo e o processo químico que

acontece ele faz com que do lado esquerdo da nossa figura a gente tem o hidrogênio saindo a partir do catodo separando o anodo e catodo eu tenho a minha membrana pen que é bastante fina bastante compacta né esse diagrama é esquemático apenas e também do lado direito eu tenho a saída de hidrogênio mais água a gente vai entender porque é hidrogênio mais água através das reações químicas que acontecem aqui olhando isso de uma forma mais próxima o que a gente pode entender é que a gente tem ali a tensão elétrica aplicada né e entra a

água e a água é composta ali cada molécula de água composta de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio quando essa água ela entra em contato com o anodo o anodo ele é revestido de uma substância catalisadora né o anodo e o catodo são revestidos de substâncias catalisadoras que podem ser a platina ou Irídio e essa substância ela vai fazer com que a nossa molécula de água ela se ionize esse ionizar significa que ela vai soltar um átomo de hidrogênio e a gente vai ter dois elementos aí a gente vai ter o hidrogênio

carregado positivamente que é um íon né e o outro íon que é o h mais o o Né o hidrogênio e oxigênio carregado negativamente então esses elementos ionizados eles vão estar presentes ali na proximidade do do eletrodo né bom aí que entra a membrana pen né Essa membrana ela permite a passagem apenas dos íons h+ né os íons h+ vão atravessar em são o catodo porque eles são atraídos pelo potencial negativo da fonte de tensão só eles que atravessam aqui a nossa membrana E aí vai acontecer uma troca né a fonte de tensão né diferença

de potencial que ela faz na verdade é circular né os elétrons né a gente pensa às vezes que a corrente entra e a corrente sai mas a corrente é uma corrente na verdade ela sempre circula né então ao mesmo tempo eu tô entregando para esses quatro ions h+ quatro elétrons e esses mesmos quatro elétrons eles são retirados do nosso ion ho ou Ion H né então eu perco elétrons de um lado e entrego esses elétrons do outro lado quando eu recombinam sendo forçados pela fonte de tensão a gente vai ter agora do lado do catodo

a formação dos átomos dos das moléculas H2 né que é o hidrogênio e do outro lado a formação das moléculas de água e de oxigênio né então a gente pode olhar na na equação que tem embaixo aí a gente vai entender que de um lado a gente tem 4 h+ mais qu elétrons Vai resultar em dois átomos de hidrogênio do outro lado eu tinha 4 oh Men né esses quatro ions combinados com os quatro elétrons na verdade vão se reorganizar de maneira que a gente vai ter dois átomos de água e mais um átomo de

desculpa uma molécula de água dois duas moléculas de água uma molécula de oxigênio e os dois elétrons que foi aquele que eles ganharam aqui né Então dessa maneira a gente consegue perceber como é que esse processo se dá produção de de um lado que é o que nos interessa e oxigênio do outro esse processo tem um interesse em capturar o hidrogênio Então na verdade o oxigênio ele é liberado pra atmosfera né ele não tem o uso Comercial ao princípio né e assim como a água né que pode recircular esse processo essa água pode voltar e

começar novamente o processo aqui sem problema tá e do outro lado a gente vai estar capturando o hidrogênio com alto grau de Pureza e sem tanto contato com a água assim bom então agora o processo contrário da eletrólise ele acontece na célula combustível né célula combustível ela é um elemento né um conversor químico pré elétrico que vai transformar a energia química na energia elétrica eh através de uma reação que a gente já vai descrever né a célula combustível ela é basicamente como se fosse uma pilha que ela não descarrega Enquanto houver o combustível né o

combustível é uma substância A substância vai se oxidada né ou seja uma reação que envolve o oxigênio ou outro agente oxidante e desse processo de oxidação existe a produção uma diferença de potencial e consequentemente de uma corrente elétrica né Então isso que é uma célula combustível como vocês estão vendo na imagem aí a célula combustível basicamente tem a mesma construção de um eletrolisador pen né então ela também é uma célula combustível pen tanto é que a nossa célula combustível aqui da nossa experiência né que é para fins didáticos ela não tem uma preocupação tão grande

com a eficiência Então ela a gente usa o mesmo elemento célula combustível para fazer eletrólise e depois para fazer a conversão de volta para energia elétrica na prática não é assim tá na prática você tem dispositivos construídos com essa tecnologia tem especificamente para fazer eletrólise são chamados de eletrolisador e a gente tem a célula combustível que é construído especificamente para fazer conversão de energia eh do hidrogênio de volta para energia elétrica né então são dois processos de certa maneira duas construções diferentes mas que se baseiam no mesmo princípio como você tá vendo a figura nosso

diagrama aqui para explicar vai ser o mesmo bom nessa célula combustível de um lado entra o hidrogênio né que tá armazenado que tá transmitido tá tá transportado de diferentes maneiras né e é o elemento que nos interessa principalmente e do outro lado na verdade tá colocando aí que entra oxigênio mas na verdade entra ar né entra ar e a gente sabe que no ar atmosférico a gente tem uma quantidade de oxigênio e esse oxigênio vai participar da reação por isso que eu não considerei os outros elementos do ar atmosférico apenas o oxigênio que é o

que nos interessa e no final desse processo vai ter produção de energia e água vamos entender como bom então na medida com que entra o hidrogênio e o oxigênio né entram ali moléculas de H2 e moléculas de O2 né essas moléculas elas vão ter contato com os eletrodos né o catodo e anodo que são como a gente sabe revestidos de elementos ionizantes de elementos catalizadores Então a gente vai ter a ionização dessas desses materiais dessas desses átomos né E a gente vai ter então a geração de h+ e o oxigênio vai quebrar depois aqui deixa

ele esperando né bom quando eu produzo esses h+ eles são atraídos pelo anodo né eles são eles deslocam em direção ao anodo e a gente tem aí um processo de eh perda de elétrons né e de ganho de elétrons a gente perde elétron do lado do catodo e ganha elétron agora do lado do anodo né na medida com que esses elétrons circulam e o hidrogênio atravessa a membrana a gente vai ter uma recomposição em duas etapas na primeira etapa a gente tem o oxigênio sendo quebrado né separa os dois átomos de oxigênio e eles já

recombinam com um elétron e com o hidrogênio formando de novo ali o oh Men que a gente viu lá no processo de decomposição então ISS é um primeiro passo no segundo passo a gente tem a o segundo H Men se combinando com esse oxigênio né E aí a gente tem a produção de água h2oi embaixo né Então dessa maneira a gente recompôs a água e além disso a gente teve esse processo de perder elétron de um lado receber elétron do outro esse elétron cir esses elétrons circularão pela carga o que vai ser aí a nossa

energia elétrica gerada pra experiência de hoje a gente vai utilizar esse kit de energias renováveis da Fisher technique esse kit ele permite que alunos do Ensino Médio Ensino Fundamental tenam contato com as tecnologias de geração de energias a partir de fontes renováveis como elétrica solar e hídrica e também tem um elemento que mais nos interessa aqui nesse momento que é uma célula combustível do tipo pen que também trabalha com eletrolisador a gente vai entender um pouco mais à frente como é que esse dispositivo funciona mas esse kit aqui então vai nos dar o respaldo para

poder utilizar a célula combustível como eletrolisador como célula combustível E permitir a construção de um carrinho que vai funcionar com uma carga dessa fonte de energia para saber mais sobre os kits da Fisher technique clique aí no link que se encontra nesse vídeo bom dos elementos que a gente vai utilizar desse kit um deles é o nosso painel solar né vai ser a nossa fonte renovável de energia painelzinho solar dois painéis ligados em série que vão estar produzindo aqui a diferença de potencial que a gente vai utilizar a gente também vai utilizar este carrinho né

esse carrinho montado com as peças do kit né que permitem várias montagens diferentes Nesse caso a gente montou um carrinho que possui um motor elétrico aqui atrás e um sistema de transmissão que vai fazer com que a energia a partir do hidrogênio alimente o motorzinho passe pra transmissão e a gente veja esse carro se movendo a partir daí e o mais importante pra nossa discussão no momento é essa célula combustível né essa célula combustível ela é construída aqui de duas pipetas né digamos assim incorporadas na célula propriamente dito que é esse recheio aqui né então

a célula mesmo é esse elemento Central se a gente olhar bem de perto a gente consegue ver V é bem próximo mesmo é bem compacto a gente tem os dois eletrólitos os dois Desculpe os dois eletrodos né um de cada lado e entre eles existe uma membrana do tipo pen a gente vai entender logo à frente o que que isso significa pra gente aqui mas o fato é que esse elemento pode trabalhar tanto como eletrolisador ou seja se eu aplico uma diferença de potencial ele vai produzir o hidrogênio ele tem um espaço aqui para hidrogênio

outro para oxigênio ele vai produzir o hidrogênio vai armazenar esse hidrogênio e depois quando eu troco essa diferença de potencial por uma carga no caso o motor a gente vai ver o processo contrário a partir do hidrogênio eu vou produzir energia elétrica tá eh nessa construção a gente vai encher aqui de água e água desmineralizada ou água destilada e ele é construído de uma maneira que do lado do oxigênio eh tá aberto né ou seja o gás oxigênio produzido ele é liberado na na no ambiente tá não nos interessa segurar o o oxigênio e o

hidrogênio ele tá fechado aqui dentro de maneira que a gente vai conseguir ver a quantidade de hidrogênio aumentando né vai conseguir observar o aumento do gás a redução da água e esse hidrogênio ele fica armazenado aqui dentro quando eu coloco a carga ele vai fazer o processo contrário e produzir energia a partir do hidrogênio que tá aqui e a gente vai ver a recomposição da água da mesma maneira né então esse aqui é o principal elemento para noss experimento de hoje faz parte aqui do conjunto de energias renováveis da Fisher te bom então agora a

gente vai montar o nosso carrinho eu vou partir aqui de algumas partes já pré-definidas para poder ganhar um pouco de tempo no nosso vídeo [Música] bom pessoal agora a gente vai preparar aqui a nossa eletrólise né E a gente já viu como é que esse processo funciona Teoricamente vamos ver na prática primeiro a gente tá usando aqui um sistema com dois Paniz Solares né esses dois painéis Solares vão produzir aqui uma energia né a partir do nosso sol artificial aqui que é Nossa luminária tá bom a saída desse painel os dois painéis estão em Série

A gente pode ver ali que a gente tem aproximadamente 2.25 V com ele aberto Ok bom agora a gente vai pegar o nossa célula combustível né que vai est trabalhando com eletrolisador a gente já encheu ela de água né Então temos água aqui dos dois lados né no no recipiente que vai armazenar o hidrogênio e do lado que vai liberar o oxigênio no no ambiente né a gente tem aqui os polos positivos e negativos que a gente vai usar para poder alimentar e produzir isso daqui então eu vou conectar el aqui e vou ligar aqui

negativo positivo Vamos só medir a tensão aqui a gente tá obtendo 045 e aumentando né conforme aumenta o processo de eletrólises essa tensão vai aumentando E aí a gente vai obter aqui gradativamente a produção de hidrogênio e oxigênio que obviamente Vai demorar um tempinho a acontecer dentro aqui do nosso eletrolisador e a gente vai acompanhar isso com vídeo acelerado bom agora a gente vai observar aqui o processo da eletrólise acontecendo né desse lado aqui do nosso eletrolisador a gente vai ver a formação do hidrogênio já dá para ver aqui a beradinha tá começando a aumentar

essa bolha aqui né né como se fosse uma bolha Então a gente vai ter um acúmulo de gás que é o gás hidrogênio desse lado enquanto o nível da água tá sendo empurrado para baixo aqui incl a gente consegue ver o nível da água subindo gradativamente na medida com que começa a aparecer uma bolha de hidrogênio aqui do lado de lá a gente vai ver um processo parecido com o oxigênio mas o oxigênio tá aberto aqui então ele vai liberar e esse gás Assim que ele chegar numa certa quantidade vai começar a ver uma bolha

o hidrogênio sendo liberado para o ambiente e enquanto o desculpe o oxigênio liberado pro ambiente enquanto o hidrogênio vai sendo armazenado desse lado aqui ele tá preso entre a parede do do do do recipiente e a água que tá para cima tá a gente já tá vendo aqui ele já produziu bastante processo relativamente rápido e a gente vai seguir aqui até ele encher totalmente o nosso cilindro de hidrogênio [Música] bom agora a gente tá aqui com o nosso recipiente de gás hidrogênio cheio né o oxigênio foi liberado no no ar não importa pra gente e

foi ligado aqui no motor do carrinho né a gente ligou aqui o fio ao motor do carrinho e aí na hora que a gente ligar aqui agora a gente começa ter o processo reverso da eletrólise Ou seja a formação de volta de água e a produção de energia que vai alimentar Esse motor a gente pode observar que quando fore o carrinho vai rodando vai consumindo energia na verdade vai consumindo hidrogênio né então a gente vai ver aqui esse nível que aqui agora tá só gás a gente vai ver o nível da água subindo aqui até

zerar o hidrogênio que a gente tem vamos [Música] [Música] lá bom agora aqui a gente pode perceber ó que já a metade do hidrogênio aproximadamente foi sumido e a gente vê a água subindo aqui né então ela já ocupou de espaço de volta e o nosso tanque de hidrogênio tem apenas esse trechinho aqui vamos seguir até acabar [Música] [Música] E aí acabou o carrinho acabou a o hidrogênio que tava fazendo ele rodar Ele desligou se a gente olhar lateralmente aqui ó a gente vai ver que ele recompôs toda a água né acabou o hidrogênio e

agora a gente tem água novamente que foi o subproduto do nosso processo aí da célula combustível E aí conseguimos mostrar como funciona a eletrólise E também o processo reverso da geração de energia a partir do hidrogênio e foi possível demonstrar isso na prática aqui através dos equipamentos que a gente trouxe se sim não se esqueça de curtir esse vídeo e também de compartilhar com outras pessoas que possam achá-lo interessante considere se inscrever no nosso canal se você ainda não é inscrito e nos siga nas redes sociais aqui no YouTube para mais conteúdos de Educação e

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