A geração de combustíveis solares é uma forma de produção de combustível baseada na geração de reações químicas utilizando a radiação da energia solar. Esses processos químicos permitem a geração de energia que, de outra forma, viria de uma fonte de combustível fóssil ou de energia nuclear.
Uma grande vantagem da geração de combustível solar é que ele pode ser facilmente transportado e armazenado. No entanto, adicionar uma etapa na geração de energia elétrica (geração de combustível) implica uma redução na eficiência: adicionar uma etapa adicional entre armazenamento de energia e produção de eletricidade diminui drasticamente a eficiência do processo geral.
O resultado é um combustível líquido gerado a partir de uma fonte de energia renovável e sustentável.
Tipos de reações químicas solares
As reações químicas induzidas pelo Sol podem ser divididas em:
reação termoquímica
Uma reação termoquímica é uma reação química na qual uma transformação termodinâmica é submetida. Em outras palavras, é uma reação que gera ou absorve energia térmica.
reação fotoquímica
As reações fotoquímicas geram interações entre átomos, pequenas moléculas e luz. Na fotoquímica existem duas leis físicas muito importantes:
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A primeira lei da fotoquímica afirma que a luz deve ser absorvida por um produto químico para que uma reação fotoquímica ocorra.
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A segunda lei da fotoquímica afirma que para cada fóton de luz absorvido por um sistema químico, apenas uma molécula é ativada para uma reação fotoquímica.
O que é química solar?
A química solar refere-se a vários processos possíveis que aproveitam a energia solar absorvendo a luz solar em uma reação química. A ideia é conceitualmente semelhante à fotossíntese nas plantas, que converte a energia solar nas ligações químicas das moléculas de glicose, mas sem usar organismos vivos.
Uma abordagem promissora é usar a luz solar focada para fornecer a energia necessária para separar o hidrogênio e o oxigênio da água na presença de um catalisador metálico como o zinco.
Outra abordagem é pegar o hidrogênio criado neste processo e combiná-lo com dióxido de carbono para criar metano. O benefício dessa abordagem é que existe uma infraestrutura estabelecida para transportar e queimar metano para geração de energia, o que não é verdade para o hidrogênio.
A principal desvantagem dessas duas abordagens é comum à maioria dos métodos de armazenamento de energia: adicionar uma etapa extra entre o armazenamento de energia e a produção de eletricidade diminui drasticamente a eficiência do processo geral.
O que é fotossíntese artificial?
A fotossíntese artificial é um processo químico que imita o processo natural da fotossíntese, que converte luz solar, água e dióxido de carbono em carboidratos e oxigênio.
O termo geralmente se refere a qualquer sistema para capturar e armazenar a energia da luz solar nas ligações químicas de um combustível (combustível solar). A divisão fotocatalítica da água converte a água em hidrogênio e oxigênio. A redução fotoquímica do dióxido de carbono é outro processo em estudo e reproduz a fixação natural do carbono.
A investigação nesta área inclui:
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O projeto e construção de dispositivos para a produção direta de combustíveis solares
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Química fotoelétrica e suas aplicações em células a combustível
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A engenharia de enzimas e microrganismos fotoautotróficos para biocombustíveis microbianos e a produção de biohidrogênio a partir da luz solar.
Perspectivas futuras para o combustível solar
Um dos desafios atuais é o desenvolvimento da química catalítica multieletrônica envolvida na fabricação de combustíveis à base de carbono (como o metanol) a partir da redução do dióxido de carbono.
Uma alternativa viável é o hidrogênio. Esta técnica requer o domínio da oxidação multieletrônica de duas moléculas de água em oxigênio molecular.
Em alguns setores, está previsto trabalhar com usinas de combustível solar em áreas costeiras metropolitanas até o ano de 2050.
As tecnologias de produção de hidrogênio têm sido uma área importante das equipes de pesquisa em química solar desde a década de 1970. Além da eletrólise acionada por células fotovoltaicas ou fotoquímicas, vários processos termoquímicos também foram explorados.
Outra abordagem usa o calor dos concentradores solares para impulsionar a reforma a vapor do gás natural, aumentando o rendimento geral de hidrogênio em comparação com os métodos convencionais de reforma. Os ciclos termoquímicos caracterizados pela decomposição e regeneração de reagentes apresentam outra via para a produção de hidrogênio.
