Do mar à energia: produçâo de hidrogênio e remoção de poluentes em um sistema único

Introdução

A busca por novas matrizes energéticas e a descarbonização se tornou um dos pontos centrais nas discussões tecnológicas atuais, motivadas pela urgência em frear os efeitos das mudanças climáticas globais. Nessa perspectiva, sistemas eletroquímicos que realizam a coprodução de hidrogênio e cloro, têm se destacado como uma tecnologia promissora. Pois são capazes de produzir, um combustível que é considerado um dos principais vetores energéticos do futuro, além de um agente desinfectante que é altamente eficaz no tratamento de poluentes.

Objetivo

Este trabalho tem o objetivo de apresentar a montagem e avaliação de um sistema eletroquímico compacto para a produção simultânea de hidrogênio e cloro. O processo utiliza água do mar simulada e analisa seu potencial no tratamento da atrazina.

Método

O sistema consiste em um reator eletroquímico de fluxo contínuo, com reservatórios anódico e catódico separados e eletrodos (DSA®). Como eletrólito, utilizou-se água do mar simulada preparada com: NaCl (24,534 g/L), MgCl₂ (11,112 g/L), Na₂SO₄ (4,094 g/L), CaCl₂ (1,158 g/L), KCl (0,695 g/L), NaHCO₃ (0,201 g/L), KBr (0,100 g/L), SrCl₂ (0,042 g/L), H₃BO₃ (0,027 g/L) e NaF (0,003 g/L), com pH ajustado para 8,2 via solução de NaOH 0,1 mol/L. Aplicou-se um planejamento fatorial 2³, variando corrente elétrica (0,5 A, 1,0 A e 1,5 A), vazão (60, 80 e 100 mL/min) e tempo de operação (30, 60 e 90 min), com ensaios em triplicata. O hidrogênio produzido foi medido por deslocamento volumétrico e corrigido para volume seco. Já o cloro foi quantificado por titulação iodométrica. Os dados foram tratados estatisticamente (nível de significância de 5%) para avaliar o efeito das variáveis na produção gasosa e no potencial de degradação da atrazina.

Resultados e discussão

As maiores médias de produção (926,46 mL de hidrogênio seco e 3278,41 mg/L de cloro) foram obtidas com corrente de 1,5 A, vazão de 100 mL/min e tempo de 90 min. A análise estatística gerou um R² ajustado de 0,7443 para o hidrogênio e 0,8226 para o cloro. Os diagramas de Pareto mostraram que a corrente elétrica e o tempo de operação (p < 0,0001) são as variáveis mais relevantes para ambas as respostas, apresentando relação estatística significativa. Esse resultado é condizente com a lei de Faraday da eletrólise: a quantidade de gás gerado é proporcional à carga elétrica transferida, que é o produto da corrente pelo tempo de ensaio. Foi observado que o sistema tem potencial para degradar atrazina, pois dados da literatura indicam que 3,55 mg/mL de cloro são capazes de tratar soluções com 0,54 mg/L do poluente.

Conclusão

Foi possível determinar a condição mais produtiva do processo eletroquímico, onde análise estatística evidenciou que a produção de hidrogênio e cloro é governada, principalmente, pela corrente elétrica e pelo tempo de operação. Além disso, a literatura sugere que o sistema é promissor para utilização no tratamento da atrazina.

Palavras-chave

• Hidrogênio
• Eletrólise
• Atrazina
• Cloro