Geradores de hidrogénio gasoso (H2)

[G.Patton]

Introdução

Neste tópico, pretendo apresentar informações sobre a produção de hidrogénio gasoso com pressão e fluxo estáveis para sínteses que utilizam a hidrogenação no fabrico de medicamentos em grande escala. Na revisão anterior, falei sobre a preparação laboratorial de hidrogénio gasoso (H2) com baixo caudal e pressão.

Generalidades

Um gerador de hidrogénio é uma máquina utilizada para produzir hidrogénio a partir da água, através de um processo denominado eletrólise. Se a pressão de fornecimento de hidrogénio do gerador for suficientemente elevada, pode eliminar a necessidade de garrafas de hidrogénio, proporcionando uma alternativa mais segura e mais fácil de utilizar. Um gerador de hidrogénio utiliza uma membrana de permuta de protões (PEM) para produzir hidrogénio gasoso de elevada pureza a partir da água. A célula PEM foi originalmente desenvolvida pela NASA e é amplamente utilizada em aplicações industriais e laboratoriais.

Produção de hidrogénio gasoso

O hidrogénio é o elemento mais abundante no Universo, embora no seu estado gasoso não ocorra naturalmente na Terra e tenha de ser fabricado. Na indústria, o H2 (gás) é produzido em grande escala por um processo chamado reforma a vapor, para separar átomos de carbono e de hidrogénio de combustíveis hidrocarbonados. O hidrogénio é utilizado no laboratório para uma variedade de aplicações laboratoriais, tais como a hidrólise de substâncias insaturadas como o P2NP, a síntese do modafinil, a síntese total do ácido (+)- lisérgico, a síntese do HU-210, a síntese da dl-efedrina a partir do 1-fenil-1,2-propandion e outras sínteses. É também utilizado em cromatografia gasosa (GC) como combustível ou gás de arrastamento e em ICP-MS como gás de colisão, na indústria química para sintetizar amoníaco, ciclo-hexano e metanol e na indústria alimentar para hidrogenação de óleos para formar gorduras.

A investigação e o desenvolvimento significativos proporcionaram meios mais seguros, mais ecológicos, mais eficientes e mais rentáveis de gerar gás hidrogénio a pedido para aplicações laboratoriais, industriais e de fabrico. A segurança melhorou de tal forma que o gás hidrogénio está agora a ser utilizado em alguns veículos de transporte como um combustível limpo e "não poluente", sendo o gás gerado a partir da água e o subproduto da sua combustão a água.

Este artigo fornece respostas: Como funciona um gerador de hidrogénio?

Um gerador de hidrogénio utiliza uma membrana de permuta de protões (PEM) para produzir gás hidrogénio de elevada pureza a partir da água. A célula PEM foi originalmente desenvolvida pela NASA e é amplamente utilizada em aplicações industriais e laboratoriais.

Produção de hidrogénio gasoso

O hidrogénio é o elemento mais abundante no Universo, embora no seu estado gasoso não ocorra naturalmente na Terra e tenha de ser fabricado. Na indústria, o H2(g) é produzido em grande escala por um processo denominado reformação a vapor, para separar átomos de carbono e de hidrogénio de combustíveis hidrocarbonados. O hidrogénio é utilizado em laboratório para uma variedade de aplicações laboratoriais, como a cromatografia gasosa (GC) como combustível ou gás de arrastamento e ICP-MS como gás de colisão, na indústria química para sintetizar medicamentos, amoníaco, ciclo-hexano e metanol e na indústria alimentar para hidrogenação de óleos para formar gorduras.

Como é que um gerador de hidrogénio é mais seguro do que um cilindro?

Um gerador de hidrogénio não armazena grandes quantidades de hidrogénio no seu interior em nenhum momento, nem durante o funcionamento, nem quando não está a ser utilizado. Isto significa que, se ocorrer uma fuga, apenas uma quantidade muito pequena de hidrogénio é suscetível de escapar. Por outro lado, uma botija de hidrogénio cheia pode conter até 11.000 litros de hidrogénio gasoso, que podem ser libertados em caso de fuga. Os bons geradores de hidrogénio também contêm sensores para detetar fugas de hidrogénio e de água, e desligam a produção de hidrogénio quando é detectada uma fuga.

Como o utilizar?

• Deitar água destilada no gerador.
• Ligue uma mangueira à torneira de saída do gás hidrogénio, situada na parte de trás do gerador, e prepare o seu sistema (frascos ou reator).
• Ligar o gerador à alimentação eléctrica e ligá-lo à tomada de parede. Ligar o gerador no interrutor de alimentação (situado na parte de trás do gerador) e aguardar. O gerador efectua uma verificação do sistema. Nota: Aquando da primeira utilização, o gerador pode parecer parar de acumular pressão enquanto a câmara de separação se enche de água. Se isto acontecer, reinicie o gerador. A pressão interna (pressão "ACT") do gerador irá aumentar até à pressão de funcionamento necessária (pressão "SET"). Quando a pressão necessária for atingida, a válvula de saída do gerador será aberta e o hidrogénio será fornecido ao instrumento de aplicação.

Principais características do gerador de hidrogénio

• Velocidade do fluxo de H2. Esta caraterística é muito importante para a síntese orgânica, uma vez que, se o reator for de grandes dimensões e estiver ligado à atmosfera, é necessário utilizar um gerador de hidrogénio de elevado caudal. Ao contrário, com um reator de pequeno volume, que não necessita de um fluxo estável, não é necessário um fluxo elevado. Seria suficiente o gerador de hidrogénio do aparelho de Keep.
• Pureza do H2. É a pureza do gás hidrogénio, que é importante para os objectivos da cromatografia gasosa. Na síntese orgânica, esta caraterística não é tão importante.
• Potência de entrada (watt/hora). Esta caraterística depende do desempenho e do caudal de um gerador de gás, pelo que é maior para geradores de caudal mais elevado. Estes consomem mais energia eléctrica.

Vídeo do gerador de hidrogénio "faça você mesmo"

Fornecedores

A sua escolha depende do seu orçamento e objectivos, do tempo de envio para a sua localização e das regras de importação. Aqui estão representados alguns fornecedores com diferentes gamas de preços para geradores de hidrogénio de 250-300 ml/min. Os preços são válidos para 04.2022.
Jinan Konwer Instrument Co., Ltd.
Hunan Moreshine Trading Co., Ltd.
Vici-dbs
SPW Industrial
Parker

Spoiler: Lista de preços