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UFRN desenvolve soluções para tratamento de águas e geração de hidrogênio verde

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Trabalho foi apresentado no e-book do 1° Workshop de Cidades Sustentáveis da UFRN e PAX

O Laboratório de Eletroquímica Ambiental e Aplicada (LEAA) do Instituto de Química (IQ), da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), dedica-se, desde 2008, à aplicabilidade da eletroquímica para o desenvolvimento de tecnologias de proteção ambiental, algumas delas usadas para o tratamento de solos e efluentes contaminados. Um desses trabalhos utiliza energias renováveis para tratamento de águas e geração de hidrogênio, mediante o uso dessa tecnologia. O trabalho foi apresentado no e-book do 1° Workshop de Cidades Sustentáveis, organizado pela UFRN em colaboração com o Parque Científico e Tecnológico Augusto Severo (PAX).

Carlos Alberto Martínez Huitle, coordenador da pesquisa, explica que vários tipos de matrizes têm sido tratadas por meio do uso das tecnologias eletroquímicas, tais como efluentes sintéticos e industriais. Esses estudos ajudaram o LEAA na aquisição de conhecimentos, visando à implementação de novos tratamentos de efluentes na Estação de Tratamento de Esgotos da UFRN (ETE) e à elaboração de soluções para indústrias do RN, bem como ao desenvolvimento de reatores eletroquímicos para a desinfecção de água potável.

Configuração experimental do sistema de purificação de água com alimentação própria

Os principais requisitos das tecnologias eletroquímicas são a eletricidade e sua sustentabilidade, as quais podem ser amplamente melhoradas se forem alimentadas por fontes de energia renováveis. Por outro lado, a produção de hidrogênio é hoje um processo muito importante em vários campos da ciência e da tecnologia. A tendência atual, segundo os pesquisadores, é projetar dispositivos híbridos que combinem várias técnicas de geração de energia, como a eólica ou fotovoltaica, para operar geradores de gás hidrogênio e obter um combustível limpo para apoiar o desenvolvimento da indústria e tratamento de águas.

“As tecnologias eletroquímicas baseiam-se no uso de eletrodos com propriedades específicas, submetidos a correntes elétricas para gerar substâncias oxidantes, quando mergulhados em soluções aquosas ou efluentes com mínima condutividade elétrica. Para promover as reações eletroquímicas nos eletrodos ou químicas das substâncias produzidas nos efluentes a serem tratados, as tecnologias eletroquímicas usam energia elétrica. Devido ao consumo significativo de energia elétrica, o uso de energias renováveis, como os painéis fotovoltaicos, tem sido indicado como uma alternativa para diminuir o consumo energético e poder desenvolver dispositivos que possam ser utilizados em comunidades no interior do RN, onde o acesso à água limpa é limitado”, explica o professor Carlos.

Processo de produção de hidrogênio por eletrólise de água e tratamento de água contaminada integrado a energias renováveis: hidrogênio verde

O LEAA também já desenvolveu pesquisas de tratamento de efluentes e solos mediante o uso de painéis solares que alimentam baterias integradas a tecnologias eletroquímicas. “Esses novos conhecimentos conduziram o grupo no desenho de reatores eletroquímicos de compartimentos divididos, com vistas, no compartimento anódico (usando um eletrodo como ânodo), a efetuar o tratamento de efluentes contaminados, degradando os compostos orgânicos e descontaminando as águas.

No entanto, no compartimento catódico (no qual um catodo é usado como eletrodo), usando uma solução condutora, sem conter contaminantes ou compostos orgânicos, como parte da eletrólise da água, a produção de hidrogênio ocorre”, acrescenta o professor.

Ainda segundo ele, as eficiências de produção de hidrogênio limpo, sem misturar com outros gases, atingem mais de 80%, com gastos modestos de energia elétrica. Entretanto, quando os painéis solares são utilizados para alimentar os dispositivos eletroquímicos, o hidrogênio obtido é considerado verde, já que é conseguido a custo zero e usando energia renovável. Por sua vez, um efluente de águas contaminadas é tratado em paralelo.

Para o futuro, essa pesquisa pode ser traduzida em dispositivos de pequeno, médio e grande porte, a fim de produzir hidrogênio em diferentes escalas. Dependendo da escala do dispositivo que produz hidrogênio, a aplicação também pode ser em diferentes níveis, desde geração de eletricidade para drones, passando para plantas-piloto de tratamento de água ou utilização no abastecimento de energia de casa ou prédios, até o uso de hidrogênio em carros e outras atividades de grande porte. “Atualmente, nossa pesquisa vai além das expectativas de somente experimentos em laboratório. Na verdade, elas já têm repercussão social desde 2018 e não ficam em só mais uma proposta”, reforça o pesquisador.

Desenvolvimento de uma pilha funcional de células de combustível microbiano do solo para alimentar um reator de tratamento de água, do laboratório de testes de campo no estado do Ceará

Experiências com hidrogênio e energias renováveis

O LEAA já conseguiu a produção de hidrogênio limpo e hidrogênio verde só com alguns traços de vapor de água, porém facilmente eliminados. O hidrogênio limpo, após produzido, foi usado para movimentar um pequeno carro que trabalha com uma célula combustível, demonstrando a eficiência do processo de produção desse elemento químico. Porém o objetivo do Laboratório é a geração de pequenos dispositivos que podem ser empregados para abastecer de eletricidade diferentes atividades em regiões remotas em que a água limpa também é um bem limitado.

O Laboratório da UFRN participou de outros projetos visando à produção de energia elétrica renovável e sua utilização na descontaminação de água de um rio.

Professor Carlos Alberto Martínez Huitle, coordenador da pesquisa

Esse projeto foi realizado mediante um estudo em laboratório de células biocombustíveis, usando solo contaminado para gerar energia elétrica. As etapas foram várias, realizadas em parceria com os grupos de pesquisa da Universidade Federal do Ceará (UFC) e da University of Bath (Inglaterra).

Montado em uma escola no Ceará, o projeto teve diversas funções criadas, desde fomentar a educação ambiental e incentivar a participação dos alunos na montagem e estudo de energias renováveis, até a geração de um “ninho de ciência aplicada” em escolas de ensino fundamental e médio, bem como estudar o tratamento e preservação da água, montar várias plantas-piloto em diferentes escolas e criar o interesse dos jovens nas áreas de ciências exatas e de meio ambiente para dar continuidade aos estudos.

Além disso, o projeto buscou aumentar a geração de energia elétrica para ampliar a capacidade de tratamento de água em diferentes escolas e poder reusá-la em irrigação de hortaliças e jardins, em banheiros e outras aplicações. “Assim, o projeto se enquadra no conceito Nexus, que tem como intuito a segurança alimentar, segurança energética e segurança hídrica. Então o atual projeto de geração de hidrogênio e tratamento de águas tem objetivos parecidos, visando a um impacto em curto e longo prazo em diferentes níveis sociais em regiões do RN”, completa Carlos Alberto Martínez Huitle.

Pesquisadores Elisama Vieira dos Santos, Marco Antonio Quiroz e Danyelle Medeiros

O LEAA é formado por vários professores de diferentes instituições: Djalma Ribeiro da Silva (UFRN), Pollyana Castro (UFRN), Elisama Vieira dos Santos (UFRN), Jailson Vieira (UFRN), Marco Antonio Quiroz (UFRN), Danyelle Medeiros de Araujo (UERN), Aline Sales Solano (IFRN), Nedja Suely Fernandes (UFRN) e Suely Castro (UERN). Conta ainda com 35 estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado. Todos os professores e alunos acabam participando direta ou indiretamente do projeto. O Laboratório mantém ainda colaborações no Brasil (USP, UFsCar, UERN, UFAL, UniTe, IFRN, UFSC, UB, UNICAMP, UFC, dentre outras) e no exterior (Espanha, Itália, Alemanha, UK, USA, Japão, Chile, Argentina, Colômbia, Francia, Portugal, México dentre outros).

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