Voltado ao aprimoramento de processos de produção de gás hidrogênio a partir da eletrólise da água, o artigo intitulado “CFD simulation and experimental comparison of bubble-induced convection during electrochemical water splitting”, que conta com a autoria de pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), foi publicado recentemente no periódico Chemical Engineering Journal.
O trabalho, como explica Gabriel Wosiak, doutorando no Programa de Pós-graduação em Química da Universidade Federal de São Carlos (PPGQ – UFSCar), integrante do CDMF e primeiro autor do artigo, procura compreender aspectos inerentes da eletrólise da água como, por exemplo, a formação de bolhas que ocorre como resultado deste processo — um dos mais utilizados para a produção de hidrogênio.
“O processo de formação de bolhas e sua dinâmica já foram extensivamente estudados no passado, porém, com os grandes avanços nas últimas décadas na capacidade computacional, revisitar esses assuntos de um ponto de vista diferente, elucidando as consequências desses fenômenos e amparando uma elevada gama de resultados experimentais parece de grande valia. Neste caso, usamos o método de elementos finitos que permite investigar um processo eletroquímico considerando múltiplos aspectos (também chamado de múltiplas físicas)”, acrescenta Wosiak.
O experimento utilizado no estudo foi elaborado a partir de observações que apontaram que durante a eletrólise da água, usando um eletrodo posicionado na horizontal, as bolhas formadas não se deslocavam para cima (na vertical), mas sim em uma direção diagonal.
“A partir desta constatação, construímos um modelo computacional que considerava, além da reação, a consequente formação das bolhas e o movimento natural destas dentro da solução”, explica Ernesto Pereira, docente do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (DQ – UFSCar), também integrante do CDMF e um dos autores da pesquisa publicada.
Os resultados simulados foram amparados por imagens obtidas experimentalmente na forma de filmagem do processo. Uma vez validado e aliado a métodos estatísticos, o modelo computacional desenvolvido no Centro apresentou a possibilidade de estudar diversos aspectos do sistema sem a necessidade de realizar novos experimentos, gerando uma alta economia de tempo e recursos materiais.
Como conclusão do estudo, Wosiak aponta que o movimento das bolhas causa uma não-uniformidade no recobrimento do eletrodo, que não pode ser mensurado experimentalmente e tem um alto impacto no consumo energético do processo, uma vez que não ocorre reação nos locais onde o gás impede o contato da água com o eletrodo.
Sobre os próximos passos do estudo, o grupo de pesquisadores, também constituído por Jeyse da Silva, Sthefany S. Sena e Renato N. de Andrade, está investindo nos experimentos de filmagem das bolhas. “Estamos propondo um método experimental para analisar as propriedades dessas através de algoritmos de inteligência artificial, o que irá nos permitir analisar propriedades dos gases formados nos materiais já desenvolvidos no grupo de pesquisa”, finaliza Wosiak.
O artigo pode ser acessado no repositório do CDMF clicando AQUI.
CDMF
O CDMF, sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).
