sexta-feira, 25 de maio de 2012

O hidrogênio como fonte de energia


O hidrogênio como fonte de energia



    O hidrogênio é o elemento de menor densidade porque seu átomo tem a estrutura mais simples. O núcleo do átomo de hidrogênio é constituído por apenas um próton, partícula de carga elétrica positiva. Em torno do núcleo orbita um único elétron com uma carga negativa. Tem a propriedade de bom condutor de calor e eletricidade. Seu peso atômico é 1,0008 e seu símbolo é H. Seu ponto de fusão é 260ºC e seu ponto de ebulição é 252ºC. Quando esse elétron é removido, obtém-se o íon hidrogênio (H?).
    O hidrogênio é extremamente inflamável. Quando misturado com oxigênio, forma uma mistura explosiva que se inflama com muita facilidade, desprendendo grande quantidade de calor.
    Muitas estrelas, cometas e planetas são feitos de hidrogênio ou contêm grandes porcentagens desse elemento. Acredita-se que o hidrogênio tenha sido o primeiro elemento na formação do Universo.
    O hidrogênio pode ser empregado como combustível, com vantagem de não causar poluição, porque quando é queimado no ar produz somente água. Seria a melhor fonte energética do mundo, se não fossem dois problemas ligados as suas técnicas de produção e fabricação.

1º método: eletrólise da água. Água, sob a ação de corrente continua (eletricidade) se quebra, formando hidrogênio e oxigênio. O método gasta muita eletricidade e é caro, e além disso, é difícil guardar o gás hidrogênio para usá-lo, pois ele é gasoso e esta a pressão ambiente. É necessário comprimi-lo muito para colocá-lo em cilindros, para armazená-lo.

2º método: decomposição da água, em presença de ácido clorídrico ou de água na forma de vapor super aquecido, (não precisa do ácido) por ferro metálico (ferro mesmo, ferro velho). Aí o gás é recolhido e facilmente comprido e colocado em cilindros (é tipo um botijão de gás, só que industrial). O método e econômico, barato, mas os resíduos contendo ferro ou ácido clorídrico são poluentes, portanto, a grande vantagem do hidrogênio não ser poluente é diminuída.
    O hidrogênio e o oxigênio são usados nos motores de propulsão das espaçonaves e também no seu interior, para produzir eletricidade e água potável.
    As duas fusões que até agora são as mais desenvolvidas são os isótopos de hidrogênio contendo materiais como a água em quantidade suficiente para produzir toda a energia que a sociedade necessita por bilhões de anos.
    O trítio apresenta três partículas em seu núcleo atômico: um próton e dois nêutrons. É um isótopo radiativo obtido artificialmente, embora também ocorra na natureza, porém em quantidades muito pequenas. A reação que ocorre com probabilidade e à menor temperatura envolve a fusão de um deutério com um trítio para formar um Hélio (He4) e um nêutron.
    A segunda reação que promete, envolve a fusão de dois deutérios. Essa tem duas opções com probabilidades iguais. Enquanto a reação do deutério – deutério é a única que poderia durar além da vida esperada para o Sol, é de alguma forma mais fácil produzir a reação deutério – trítio, que sozinha seria o suficiente por milhares de anos, e que forneceria a maior parte de energia da próxima geração de aparelhos de pesquisa.
    Uma grande parcela de hidrogênio é também consumida na produção de metanol. Diferentes tipos de combustíveis podem ser produzidos tratando-se o carvão, os óleos pesados, o alcatrão e o piche com hidrogênio. Este processo chama-se hidrogenação.
    Se você tem um material radioativo (exemplo urânio, polônio, radio, plutônio) ele se decompõe emitido núcleos de hélio (particulares alfa), partículas beta, nêutrons ou radiação eletromagnética de altíssima freqüência (radiação gama). A partícula emitida depende do material. Este processo se chamafissão nuclear. Quando a partícula emitida bate em outro núcleo de átomo de outro material, por exemplo, a partícula alfa do urânio bate nos átomos de plutônio, eles, urânio e plutônio reagem entre si, produzindo novos elementos químicos e mais partículas de todos os tipos e muita energia. É o que se chama recado em cadeia, pois partículas produzem mais e mais partículas, e a velocidade da reação aumenta. Se o hidrogênio for usado com alvo para essas partículas, esse hidrogênio é consumido e transformado em energia. E o que ocorre em um tipo de bomba de hidrogênio, aquela que os americanos jogaram sobre o Japão na Segunda Guerra Mundial.
    Vamos supor que você queria aproveitar a energia. É necessário moderar a reação em cadeia, diminuindo sua velocidade. O que se usa? Barras de grafite (o tipo de cavalo usado nas lapiseiras), barras de cádmio (um metal do grupo do cálcio), água pesada ( água deuterrada) ou simplesmente, água comum, em grande volume. Como a reação em cadeia ficou lenta, o conjunto não explode, mas produz calor que gera vapor, que pode ser transformado em energia.
    Na fusão nuclear dois átomos de hidrogênio, proveniente, por exemplo do gás hidrogênio, h2, ao serem submetidos a altíssima temperatura (na ausência de elementos que reajam com ele, como oxigênio se fundem formando um núcleo de gás hélio. é o que se chama fusão nuclear, que vai atuar sobre mais hidrogênio, portanto é também uma reação em cadeia. Ocorre por exemplo, no sol, e essa reação é responsável, pelo calor e luz do sol. Portanto o hidrogênio pode ser aproveitado para gerar energia química e também energia nuclear.
    Em quase todos os tipos de fusão entre núcleos de luz, uma porção de sua massa é transformada em energia cinética da reação dos produtos, ou em partículas gamma. As partículas gamma e a energia cinética liberada no processo atingem o interior stellar, o mantendo a altas temperaturas (maior que 10 milhões K) necessários para continuar a fusão. Tais condições, onde a energia térmica é suficiente para uni-los apesar de sua repulsão eletrostática, são chamadas termonuclear.
    Esse processo, que tem tornado as estrelas mais energéticas por bilhões de anos, tem claro potencial como fonte poderosa na Terra, e cientistas têm trabalhado décadas com o objetivo de usar a fusão termonuclear para produzir força útil.
    Para um quase inesgotável suprimento de combustível, a fusão tem outros atrativos: é ambientalmente benigna, a cinza resultante é inofensiva hélio e hidrogênio. Por não ser uma reação em cadeia, a fusão não pode sair do controle e qualquer problema faria com que o plasma se extinguisse.

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