Painel fotorreator produz eletricidade e químicos com energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/08/2023

Muito mais barato que um painel fotovoltaico, o fotorreator pode ser colocado no telhado. Destaques para o painel (1), os concentradores em forma de V (2) e as cavidades em forma de tubo (3 e 4).
[Imagem: Paul Kant et al. - 10.1016/j.joule.2023.05.006]

Energia verde

Uma colaboração internacional apresentou um novo modelo de fotorreator, uma tecnologia movida a energia solar para converter água, dióxido de carbono, metano e nitrogênio em produtos químicos e combustíveis mais ecológicos.

O design inovador permite que o fotorreator capture fótons com alta eficiência sob diferentes direções do Sol, eliminando a necessidade dos dispositivos de rastreamento do Sol e movimentação do painel.

Os painéis também podem ser fabricados por extrusão de polímeros, tornando-os baratos e facilmente fabricados em escala industrial. Embora não sejam voltados diretamente para a produção de eletricidade, eles serão muito mais baratos do que os painéis fotovoltaicos.

O novo modelo de fotorreator superou os fotorreatores de última geração já existentes em todos os quesitos. Ele pode ser usado em telhados de casas e fazendas solares, produzir produtos químicos e combustíveis verdes, além de poder ser integrado à geração de energia fotovoltaica tradicional, para produzir eletricidade renovável.

Esses esquemas integrados são tipicamente catalogados como tecnologia de fotossíntese artificial. "Essa tecnologia inspirou o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos movidos a energia solar que produzem combustíveis verdes, como o hidrogênio, a partir da luz solar e da água," destacou o professor Geoffrey Ozin, da Universidade de Toronto, no Canadá.

Montado no telhado, o fotorreator também pode ser integrado aos painéis fotovoltaicos.
[Imagem: Karlsruhe Institute of Technology]

Fotorreatores

Ao contrário dos termorreatores, que aproveitam o calor do Sol, os fotorreatores combinam os fótons da luz solar e os reagentes para gerar produtos químicos e combustíveis. Ao usar a luz solar e a água, os fotorreatores podem efetivamente reduzir as emissões de carbono.

Apesar de seu potencial e das muitas demonstrações em escala de laboratório, a maioria ainda se depara com vários desafios, incluindo o alto custo dos materiais usados para sua construção. Eles também podem ser ineficientes na conversão de fótons em produtos.

Para ser tecnologicamente e economicamente viável, a eficiência dos fotorreatores na conversão de fótons em compostos químicos deve ser de pelo menos 10 por cento. Embora a ciência de integrar fotocatalisadores em fotorreatores na última década para produzir produtos químicos e combustíveis verdes tenha produzido avanços significativos, as eficiências permaneceram baixas - geralmente um por cento ou menos.

É por isto que esta tecnologia simplificada está fazendo a diferença.

Os fotorreatores são muito promissores, mas ninguém havia conseguido alcançar uma eficiência que os tornasse viáveis.
[Imagem: Paul Kant et al. - 10.1016/j.joule.2023.05.006]

Operação 24/7

A solução encontrada pela equipe foi construir um fotorreator em forma de painel contendo centenas de canais de reação em paralelo. Cada canal de reação é conectado a uma unidade de captura de luz em forma de V, que guia a luz para o canal onde o fotocatalisador está localizado.

Além disso, todas as superfícies internas são altamente reflexivas, para otimizar o transporte de fótons da fonte de luz externa para o fotocatalisador, que fica alojado nos microcanais, com perdas mínimas de luz. Isto permite capturar fótons com alta eficiência sob diferentes direções do Sol, eliminando a necessidade de rastreamento do Sol.

A equipe pretende ir além, garantindo que seus painéis gerem eletricidade em uma base 24/7 (24 horas por dia, 7 dias por semana). Para isso, eles planejam integrar LEDs ao fotorreator como fonte de fótons. Durante a noite, esses LEDs serão alimentados por eletricidade fotovoltaica guardada em baterias de íons de lítio.

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