Universidade de Stanford desenvolve novo processo de pirólise de metano para produção de hidrogênio com rendimento dez vezes maior

De acordo com pt.wedoany.com-A equipe de pesquisa da Escola de Engenharia da Universidade de Stanford (Stanford University) relatou na revista Science um novo processo de pirólise de metano para produção de hidrogênio. O novo processo fornece calor pelo interior do reator, decompondo diretamente o metano em hidrogênio e carbono sólido. Os pesquisadores afirmam que, com a mesma entrada de energia, o rendimento de materiais do novo reator é cerca de dez vezes maior do que o dos métodos tradicionais de aquecimento externo.

A rota atual de produção de hidrogênio a partir de gás natural libera dióxido de carbono gasoso ao obter hidrogênio; já a pirólise de metano decompõe o metano em hidrogênio e carbono sólido, sem gerar dióxido de carbono gasoso. Essa tecnologia é estudada há anos, mas sempre teve dificuldade de passar da escala laboratorial para a industrial, com dois principais obstáculos: a remoção do carbono sólido do reator e o fornecimento de calor suficiente para o processo reacional. Henry Moise, co-primeiro autor do artigo e pesquisador do Departamento de Engenharia Química de Stanford, afirmou que este trabalho se concentra no segundo problema, o do fornecimento de calor.

Matteo Cargnello, autor sênior do artigo e professor associado do Departamento de Engenharia Química de Stanford, afirmou que, para que a pirólise atinja escala compatível com o mercado de hidrogênio, os reatores precisam ser muito grandes e aquecidos a 1000 graus Celsius, exigindo um método de aquecimento altamente eficiente. Os reatores industriais atuais geralmente aquecem externamente; quanto maior o reator, mais difícil é o calor penetrar até o centro. A equipe de pesquisa não utilizou a combustão externa de gás natural, que gera dióxido de carbono, mas sim instalou um queimador dentro do reator para queimar seletivamente parte do hidrogênio. Os produtos da combustão dessa porção de hidrogênio são principalmente água, o que impulsiona a reação de craqueamento do metano e evita emissões diretas de dióxido de carbono.

Segundo Moise, esse método de aquecimento autorreativo aumenta a eficiência em cerca de dez vezes. Com a mesma energia, o rendimento de materiais do reator que utiliza o novo método equivale a aproximadamente dez reatores com aquecimento externo tradicional. O estudo também descobriu que o carbono sólido gerado pela reação se precipita na forma de grafite de alta qualidade, que pode ser utilizado em produtos como baterias e eletrodos. Moise chamou isso de "a maior surpresa" do projeto.

Moise afirmou que pelo menos alguns pontos percentuais do PIB dependem do hidrogênio. Ele citou os fertilizantes como exemplo: a produção de amônia não dispensa o hidrogênio, e estima-se que os fertilizantes nitrogenados sustentem cerca de metade da população mundial; o hidrogênio também é usado na remoção de enxofre da gasolina durante o refino do petróleo e contribui para a produção de produtos como o metanol. O hidrogênio está "em toda parte, a ponto de se tornar invisível". A equipe espera que o novo processo crie condições para a produção de hidrogênio limpo e barato.

Segundo o artigo, o co-primeiro autor também inclui o estudante visitante alemão Sebastian Moll, que trabalhou seis meses no laboratório de Moise. A equipe de Eric McFarland, da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (University of California, Santa Barbara), forneceu dados de reatores em maior escala; Arun Majumdar incentivou a equipe a enfrentar esse desafio. Outros coautores incluem Joshua Martinez-Navarro e Sai Varanasi, de Stanford, o ex-pesquisador de pós-doutorado Kun Xu, além de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, e do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Karlsruhe Institute of Technology), na Alemanha.

A Universidade de Stanford já depositou um pedido de patente provisória relacionado aos resultados da pesquisa. O estudo recebeu financiamento da Fundação Kavli (Kavli Foundation), do Centro de Carbono da Universidade Rice (Carbon Hub at Rice University), da Iniciativa de Gás Natural de Stanford (Natural Gas Initiative at Stanford) e do Centro de Pesquisa em CO2 da Universidade de Aarhus (CO2 Research Center at Aarhus University), na Dinamarca. Cargnello afirmou que ainda é necessário ampliar a escala da pesquisa para validar a aplicação do método na produção mainstream de hidrogênio.