Energias renováveis e não renováveis -Produção de Hidrogénio

O hidrogênio ligado em compostos orgânicos e na água constitui 70% da superfície terrestre. A quebra destas ligações na água permite produzir hidrogênio e então utiliza-lo como combustível.
Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligações. A seguir estão descritos alguns métodos para a produção de hidrogénio e que ou estão actualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento.
A maior parte do hidrogênio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial é pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos químicos. A reforma de vapor utiliza energia térmica para separar o hidrogénio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reação destes combustíveis com vapor em superfícies catalíticas. O primeiro passo da reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO). Então, uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200ºC ou maiores.
Outro modo de produzir hidrogénio é por eletrólise, onde os elementos da água, o hidrogénio e o oxigénio, são separados pela passagem de uma corrente elétrica. A adição de um eletrólito como um sal aumenta a condutividade da água e melhora a eficiência do processo. A carga elétrica quebra a ligação química entre os átomos de hidrogénio e o de oxigénio e separa os componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons). Os íons formam-se em dois pólos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente. O hidrogénio concentra-se no cátodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma voltagem de 1,24V é necessária para separar os átomos de oxigénio e de hidrogénio em água pura a uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1,03kg/cm2. Esta tensão varia conforme a pressão ou a temperatura são alteradas.
A menor quantidade de eletricidade necessária para eletrolisar um mol de água é de 65,3Watts-hora (a 25ºC). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia elétrica (ou 4,8kWh por metro cúbico).
Fontes renováveis de energia podem produzir eletricidade por eletrólise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State Universityprojetou e construiu um sistema solar de hidrogênio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aeração dos tanques de peixes. A energia não utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 pés cúbicos padrões de hidrogénio por hora (25 litros por minuto). A unidade está operando sem supervisão desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico não fornece energia suficiente, o hidrogénio fornece combustível para uma célula de combustível por membrana de troca fotônica de 1,5kW para fornecer a energia necessária aos compressores.
A eletrólise de vapor é uma variação do processo convencional de eletrólise. Uma parte da energia necessária para decompor a água é adicionada na forma de calor ao invés de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrólise convencional. A 2500ºC a água se
decompõe em hidrogénio e oxigénio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentração de energia solar. O problema neste processo é impedir a recombinação do hidrogénio e do oxigénio sob as altas temperaturas utilizadas no processo.
A decomposição termoquímica da água utiliza produtos químicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinação provoca a decomposição da molécula de água. Este processo possui várias etapas - usualmente três - para atingir o processo inteiro.
Processos foto eletroquímicos utilizam dois tipos de sistemas eletroquímicos para produzir hidrogénio. Um utiliza complexos metálicos hidrossolúveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfícies semicondutoras. Quando o complexo metálico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga elétrica que inicia a reação de decomposição da água. Este processo imita a fotossíntese. O outro método utiliza eletrodos semicondutores em uma célula fotoquímica para converter a energia eletromagnética em química. A superfície semicondutora possui duas funções: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corrosão induzida pela luz limita o tempo de vida útil do semicondutor.