O hidrogênio verde é considerado uma das principais apostas para descarbonizar setores difíceis de eletrificar, como siderurgia, indústria química, transporte marítimo e armazenamento de energia em larga escala. Apesar do enorme potencial, um dos maiores desafios continua sendo produzir esse combustível de forma eficiente e economicamente viável.
Agora, pesquisadores do Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar (Fraunhofer ISE), na Alemanha, apresentaram um avanço que pode aproximar essa meta da realidade. A equipe desenvolveu um módulo capaz de transformar diretamente a energia do Sol em hidrogênio com uma eficiência de 31,3%, um dos melhores resultados já registrados para esse tipo de tecnologia.
A inovação elimina etapas que desperdiçam energia
Nos sistemas convencionais de produção de hidrogênio verde, a eletricidade gerada pelos painéis solares percorre um caminho relativamente longo antes de chegar ao eletrolisador, equipamento responsável por separar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio.
Ao longo desse percurso, a energia passa por inversores, conversores e controladores eletrônicos que ajustam tensão e corrente. Embora essenciais, esses componentes provocam pequenas perdas energéticas que reduzem a eficiência do sistema.
A solução criada pelo Fraunhofer ISE elimina praticamente todas essas etapas. As células fotovoltaicas são conectadas diretamente ao eletrolisador do tipo PEM (Proton Exchange Membrane), permitindo que a eletricidade produzida seja utilizada imediatamente na eletrólise da água.
Com menos conversões elétricas, o sistema desperdiça menos energia e apresenta um desempenho significativamente superior.
O segredo está na fotovoltaica de concentração
O módulo utiliza uma tecnologia bastante diferente dos painéis solares convencionais instalados em residências ou usinas fotovoltaicas.
Seu núcleo é formado por células fotovoltaicas de concentração (CPV), que utilizam lentes Fresnel para concentrar uma grande quantidade de luz solar sobre pequenas células semicondutoras de altíssima eficiência, fabricadas com materiais do grupo III-V da tabela periódica.
Essas células estão entre as mais eficientes do mundo e já são utilizadas há décadas em aplicações espaciais, onde cada watt de energia é extremamente valioso.
Como a luz é concentrada em uma área muito pequena, torna-se possível gerar grande quantidade de energia utilizando menos material semicondutor, ajudando a reduzir os custos dessa tecnologia de alto desempenho.
Um casamento perfeito entre geração e eletrólise
Outro diferencial importante do projeto foi o ajuste preciso entre as características elétricas das células solares e as necessidades do eletrolisador.
Os pesquisadores conectaram diretamente as células fotovoltaicas aos eletrodos de duas células de eletrólise ligadas em série. Dessa forma, tensão e corrente permanecem praticamente no ponto ideal de operação, dispensando sistemas eletrônicos adicionais para adaptar a potência.
Embora pareça apenas um detalhe técnico, essa compatibilidade é um dos fatores que explicam a elevada eficiência alcançada pelo protótipo.
Durante os testes realizados ao ar livre, o sistema converteu 31,3% da energia solar incidente em energia química armazenada na forma de hidrogênio, estabelecendo um resultado bastante expressivo para a produção direta de hidrogênio solar.
O hidrogênio verde ganha força na Europa
O avanço acontece em um momento de forte expansão das políticas voltadas ao hidrogênio renovável na Europa.
A União Europeia vem investindo bilhões de euros em programas destinados a acelerar a produção desse combustível limpo, considerado estratégico para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e fortalecer a segurança energética do bloco.
Diversos projetos industriais já utilizam grandes eletrolisadores alimentados por fontes renováveis para abastecer refinarias, fábricas de fertilizantes, indústrias químicas e futuras aplicações em transporte pesado.
Uma tecnologia capaz de produzir hidrogênio diretamente a partir da luz solar, sem a necessidade de uma infraestrutura elétrica tão complexa, poderá complementar essas instalações, especialmente em regiões com elevada incidência de radiação solar.
Ainda há desafios antes da aplicação comercial
Apesar dos resultados promissores, os próprios pesquisadores ressaltam que a tecnologia ainda está em fase experimental.
O protótipo utilizado possui uma área de lentes de apenas 64 centímetros quadrados, tornando necessária uma evolução significativa antes da produção em escala industrial.
Entre os principais desafios estão reduzir os custos de fabricação, aumentar a durabilidade dos componentes, adaptar o sistema a diferentes condições climáticas e desenvolver processos industriais capazes de fabricar esses módulos em larga escala.
Para acelerar essa transição, a equipe trabalha na criação da startup Clearsun Energy, que deverá buscar investimentos para levar a tecnologia ao mercado.
Se conseguir manter o elevado desempenho observado nos testes e reduzir seus custos de produção, a combinação entre fotovoltaica de concentração e eletrólise direta poderá transformar o excedente de energia solar em hidrogênio de maneira muito mais eficiente. Isso abriria novas possibilidades para armazenar energia renovável por longos períodos e abastecer uma futura economia baseada em combustíveis limpos, aproximando ainda mais o hidrogênio verde de um papel central na transição energética global.
[ Fonte: EcoInventos ]
