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Hidrogênio verde e água potável usando apenas água do mar? Entenda

Uma equipe liderada pela Universidade Cornell desenvolveu um sistema inovador, de baixo custo e movido a energia solar, capaz de produzir hidrogênio verde e água potável diretamente da água do mar.

O dispositivo, chamado HSD-WE (destilação solar-eletrólise da água), representa um marco tecnológico ao unir sustentabilidade energética e acesso à água limpa em uma solução integrada.

A pesquisa, que envolveu cientistas do MIT, da Universidade Johns Hopkins e da Universidade Estadual de Michigan, foi publicada na revista Energy & Environmental Science.

Produção de baixo custo

O protótipo, com apenas 10 cm², consegue produzir 200 mililitros de hidrogênio por hora com eficiência energética de 12,6%, utilizando luz solar natural.

A estimativa dos pesquisadores é de que a tecnologia possa, em até 15 anos, reduzir o custo do hidrogênio verde para cerca de US$ 1 por quilo — valor considerado chave para viabilizar a transição global para energia limpa e atingir as metas de emissões líquidas zero até 2050.

O dispositivo criado pelos cientistas, que produz hidrogênio “verde” sem carbono por meio da eletrólise da água do mar alimentada por energia solar, com um subproduto importante: água potável – Imagem: Universidade Cornell

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O professor Lenan Zhang, da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Cornell, destaca que a inovação resolve dois desafios globais simultâneos: a demanda por energia limpa e o acesso à água potável.

“A energia e a água são essenciais, mas frequentemente há uma troca entre as duas. Criamos essa tecnologia para romper esse ciclo”, explicou.

Como o hidrogênio verde é obtido

  • Tradicionalmente, o hidrogênio verde é obtido por eletrólise da água deionizada — um processo caro devido à alta pureza exigida da água.
  • A nova abordagem usa água do mar, recurso abundante e gratuito, e aproveita quase toda a energia solar captada, inclusive o calor desperdiçado pelas células fotovoltaicas convencionais, para aquecer a água e promover sua evaporação.
  • Esse calor residual aquece uma fina película de água em contato direto com o painel solar, graças à ação da capilaridade, o que aumenta a eficiência da evaporação para mais de 90%.
  • O vapor de água é então condensado e enviado para um eletrolisador que separa o hidrogênio do oxigênio.

Além de gerar hidrogênio limpo, o sistema também produz água potável — um benefício adicional em um mundo onde cerca de dois terços da população sofre com escassez hídrica. “Conseguimos dois resultados com um único sistema”, afirmou Zhang.

A tecnologia também abre portas para resfriar painéis solares com água do mar, prolongando sua vida útil e eficiência, além de possibilitar a instalação em larga escala em parques solares costeiros.

“Queremos soluções com baixa emissão de carbono, custo acessível e amplo alcance. Esta é uma tecnologia promissora com enorme potencial de adoção”, concluiu Zhang.

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Projeto aproveita energia solar de forma quase total e pode revolucionar a produção de hidrogênio nos próximos 15 anos – Imagem: MT.PHOTOSTOCK/Shutterstock

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Novo método transforma esgoto em proteína e hidrogênio verde

Pesquisadores desenvolveram um método para processar e transformar o lodo de esgoto em energia renovável e proteína para animais. A tecnologia utiliza partes mecânicas, eletrólise e bactérias para decompor os restos lamacentos que poluem o planeta.

A ONU-Habitat, um dos programas da Organização das Nações Unidas (ONU), estimou que mais de 100 milhões de toneladas de lodo seco se acumulam no mundo todo a cada ano. Esse composto obstrui sistemas de tratamento e seu processamento custa bilhões.

Em sua composição, há matéria orgânica, nutrientes como nitrogênio e fósforo e uma mistura de metais pesados. O conjunto é espesso, demora para se de compor, queimá-lo pode liberar gases tóxicos e fazer sua decomposição leva meses. Além disso, o risco de contaminação é alto, o que dificulta sua manipulação e uso.

Depósito de lodo de esgoto. (Imagem: Rose Duda / Shutterstock)

A ONU estima que cerca de 2,5 bilhões de pessoas viverão em cidades até 2050. Com o crescimento das metrópoles e das indústrias, o esgoto também aumentará.

“A geração cada vez maior de lodo de esgoto em megacidades coloca um fardo substancial nos sistemas de tratamento de resíduos. A estrutura complexa e resiliente do lodo torna os métodos convencionais de pré-tratamento e recuperação biológica demorados, ineficientes em termos de energia e ambientalmente onerosos”, escreveram os pesquisadores.

Esgoto pode ser útil

Em busca de solução, cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura, desenvolveram um sistema que transforma o lodo de esgoto em dois recursos valiosos: proteína unicelular, que serve como ração animal, e hidrogênio verde. O estudo está na revista Nature Water.

O método tem três estágios:

  • Primeiro, os técnicos responsáveis colocam o lodo em um moedor mecânico com um pouco de catalisador alcalino. A máquina tritura a substância no nível molecular, facilitando a extração de componentes úteis, ao mesmo tempo que retém os metais pesados para descarte seguro.
  • O material dissolvido passa por um processo de eletrólise alimentada por energia solar. No anodo, a matéria orgânica é oxidada para produzir ácidos graxos, principalmente o acético. No catodo, as moléculas de água se quebram, formando hidrogênio verde.
  • No fim, o ácido acético e outros componentes servem de alimentos para micróbios. Essas bactérias transformam o composto em proteína, que cuidadores podem usar para nutrir animais.

“Esperamos que nosso método proposto mostre a viabilidade de gerenciar resíduos de forma sustentável e mudar como o lodo de esgoto é percebido — de resíduo para um recurso valioso que apoia energia limpa e produção sustentável de alimentos”, disse o doutor Zhao Hu, um dos autores da pesquisa, em comunicado.

Pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang que participaram do projeto. Na foto: Professor Li Hong, Prof. Zhou Yan e Dr Zhao Hu.
Pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang que participaram do projeto. Na foto: Professor Li Hong, Prof. Zhou Yan e Dr Zhao Hu. (Imagem: NTU Singapore)

Resultados surpreenderam os cientistas

Mais de 91% do carbono orgânico no lodo foi recuperado e convertido em produtos úteis, sendo 63% dele transformado em proteína unicelular. As emissões de CO₂ se apresentaram 99,5% menores em relação a outras técnicas de decomposição do material lamacento vindo de esgotos.

A etapa alimentada por energia solar atingiu uma eficiência energética de 10%, gerando até 13 litros de hidrogênio por hora. Isso é cerca de 10% mais eficiente em termos de energia do que os métodos convencionais de geração de hidrogênio verde.

Proteína unicelular que serve de alimento para animais
Proteína unicelular resultante do processo serve de alimento para animais. (Imagem: NTU Singapore)

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“Nosso processo movido a energia solar demonstra como podemos enfrentar vários desafios de uma vez – transformando um resíduo difícil em energia limpa e proteína nutritiva”, comentou o professor Zhou Yan, da Universidade de Nanyang.

O grupo projetou todas as máquinas necessárias para o sistema funcionar em um formato modular e adaptável. Desde a eletrólise até as bactérias, tudo pode ser integrado em sistemas de tratamento já existentes. Segundo o grupo, com mais pesquisas, logo cidades pequenas e grandes poderão aplicar a tecnologia em suas estruturas.

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Laboratório flutuante: barco a hidrogênio do Brasil será destaque na COP30

O Brasil vai apresentar duas embarcações adaptadas para operar 100% com hidrogênio verde durante a COP30 (Conferência das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas), que acontecerá em Belém, no Pará, em novembro.

Ambas serão transformadas em laboratórios flutuantes, salas de aula e plataformas tecnológicas para fomentar a pesquisa, a educação ambiental e a preservação dos biomas brasileiros, além de eliminar emissões de gases de efeito estufa.

Com 50 metros de comprimento, o Explorer H1 será dedicado ao apoio de operações de mergulho; de manejo de ROV’s (veículos operados remotamente) e terá capacidade para apoiar operações de coleta de dados hidrográficos e oceanográficos, até 300 metros de lâmina d’água. Ele está ancorado no Estaleiro Arpoador, em Guarujá, São Paulo.

Parceria foi anunciada na 2ª edição da Foz Internacional Boat Show (Imagem: Náutica/Divulgação)

Já o Explorer H2 tem 36 metros de comprimento e é movido por um sistema de hidro jatos para navegar em águas muito rasas, tornando-o um barco de apoio especialmente adaptado para expedições. A embarcação está localizada no estaleiro INACE, em Fortaleza, Ceará.

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Iniciativa pioneira

O projeto inédito surgiu de uma parceria entre a JAQ Apoio Marítimo, grupo Náutica e o Parque Tecnológico Itaipu, selada durante a 2ª edição da Foz Internacional Boat Show, em novembro do ano passado.

Plano é colocar Brasil na vanguarda da transição energética náutica (Imagem: Náutica/Divulgação)

A iniciativa faz parte do plano de tornar o Itaipu Parquetec no maior centro nacional de pesquisa e tecnologia em hidrogênio verde em até dois anos. Instalado nas dependências da margem brasileira da Itaipu Binacional, o parque integra entidades como instituições de ensino, empresas e órgãos governamentais.

“A presença da embarcação na COP30 servirá como um símbolo do compromisso do Brasil com a transição energética, além de reforçar o papel do país como protagonista nas discussões globais sobre mudanças climáticas”, diz um comunicado da parceria.

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