Imagine um dia típico no Porto de Long Beach. Os contêineres de transporte são retirados de navios de carga e colocados em caminhões que levarão o conteúdo ao seu destino final, seja na área metropolitana de Los Angeles ou muito além. De acordo com alguns alunos da Caltech, esse cenário pode ser o teste perfeito para usar hidrogênio em vez de óleo diesel sujo para alimentar a indústria de caminhões.

 Nesta primavera, em Engenharia Química 120: Projeto Ideal de Sistemas Químicos com Mike Vicic, professor de engenharia química, um grupo de alunos projetou e testou um eletrolisador destinado a criar hidrogênio usando eletricidade para separar moléculas de água em seus elementos constituintes, oxigênio e hidrogênio. Idealmente, isso seria realizado na água do mar em um porto. Esse hidrogênio poderia então ser usado como combustível gerado no local para alimentar caminhões com células de combustível, o que não exigiria a construção de uma cara infraestrutura nacional de hidrogênio.

“Depois de avaliar vários mercados diferentes, eles decidiram que os veículos pesados ??eram os mais propensos a usar o combustível em massa”, diz Vicic. Os alunos descobriram que os pontos problemáticos no processo envolviam mover muito hidrogênio de um lugar para outro. “É por isso que eles queriam fazer um método distribuído, para que a produção de hidrogênio acontecesse no local.”

Os projetos da turma de Vicic são desenvolvidos em dois períodos. No ChE 118 do período de inverno: Introdução ao Projeto de Sistemas Químicos, os alunos tentam encontrar um problema social que possa ser resolvido usando a engenharia química. Foi durante esse curso que o novo ex-aluno Malik Paulino (BS '23) sugeriu um projeto sobre hidrogênio verde. “Foi muito assim, vamos ver no que nos interessa, um problema que a gente pode resolver no mundo, e depois ir diminuindo aos poucos”, diz Paulino. 

Durante o ChE 120, no período da primavera, os alunos se aprofundam no problema e tentam encontrar uma solução de engenharia. Virginia Canestraight, estudante do quarto ano em ascensão, diz que a equipe dividiu o desafio do hidrogênio em partes com o objetivo de se reunir no final do semestre para projetar um eletrolisador que pudesse atender a certos padrões de referência para a produção de hidrogênio. Por exemplo, um investigou os melhores e mais duráveis ??catalisadores para acelerar a reação dentro do dispositivo, enquanto outros trabalharam em questões de economia, logística e química. Paulino consultou os pesquisadores da Liquid Sunlight Alliance (LiSA) da Caltech, que têm investigado os melhores eletrodos a serem usados ??para transformar a luz do sol em energia química. (O grupo optou por uma malha de níquel, que a LiSA identificou como o estado da arte atual).

Canestraight analisou a questão de que tipo de água usar para produzir hidrogênio. A água doce é mais fácil de usar, mas os suprimentos são escassos e necessários para muitos outros usos, incluindo água potável. A água salgada é abundante, especialmente em um porto comercial, mas problemática por uma variedade de razões químicas, incluindo seu alto teor de sal e o fato de deixar depósitos minerais que causam estragos no dispositivo. No final, Canestraight explorou como ajustar a concentração de sal da água salgada para torná-la uma fonte mais viável.

A aula de Vicic também é um curso intensivo sobre a realidade do gerenciamento do tempo. Um mandato de 10 semanas não é muito tempo para resolver um problema global complexo, mas é muito tempo para aprender como se adaptar às circunstâncias em mudança e ver quais desafios podem surgir para uma start-up química.

“Muitas pessoas passaram suas carreiras inteiras desenvolvendo esse tipo de sistema e certamente nos inspiramos neles”, diz Canestraight. “Isso não é algo que cinco estudantes universitários possam resolver em um semestre; estamos apenas tentando molhar os pés com o problema.

Paulino não teve tempo de investigar um novo lote de possíveis eletrodos para ver se algum poderia ser melhor do que o que está disponível agora, mas ele poderá fazer uma pesquisa profunda quando começar seus estudos de doutorado na Rice University no outono. Canestraight diz que o projeto do eletrolisador abriu seus olhos para o potencial do hidrogênio verde para resolver outros problemas além de potencialmente alimentar veículos. Por exemplo, a criação eficiente de hidrogênio a partir da água do mar pode inspirar melhores maneiras de armazenar grandes quantidades de energia, o que será crucial quando a sociedade fizer a transição para fontes mais renováveis, como solar e eólica.

“Como vamos armazenar a energia de um ano em que o vento está soprando muito forte para a próxima estação, quando não está soprando forte?” ela diz. “A capacidade de pegar a energia extra de quando o vento está soprando forte e produzir um monte de hidrogênio, que é algo que você pode armazenar em um tanque – é uma maneira muito mais eficiente de armazenar grandes quantidades de energia por longos períodos de tempo."

O projeto do eletrolisador acabou sendo uma prática para o foco de sustentabilidade que Canestraight gostaria de seguir durante sua carreira. Agora, ela diz, olha para as muitas startups tentando usar soluções de engenharia para resolver os problemas da mudança climática com esperança no tipo de trabalho que fará depois da faculdade. Ela já está fazendo um estágio de verão na Captura, a start-up liderada por Harry Atwater, presidente da Otis Booth Leadership, Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas; Professor Howard Hughes de Física Aplicada e Ciência dos Materiais; e diretor da Liquid Sunlight Alliance, cujo perfil foi recentemente publicado na revista Caltech .

“Percebi que houve uma mudança”, diz Canestraight. “Fizemos a transição para uma zona onde há muitas start-ups tecnologicamente capazes e esforços que estão trabalhando em direção à sustentabilidade dessa nova maneira. Em termos do que quero fazer para minha carreira, honestamente me sinto como uma criança em uma loja de doces, porque muitas dessas empresas estão surgindo para as quais tenho a capacidade de contribuir.