1. Dentre os processos de obtenção do gás hidrogênio, é correto afirmar, exceto: (0,5)
    a. As limitações dos processos de biofotólise e fermentação fazem com que o processo eletrolítico seja o mais largamente utilizado, dentre as fontes produtoras renováveis.
    b. Duas limitações do processo de obtenção do \mathbf{H 2} por fermentação são a produção de resíduo sólido pela biodigestão do material orgânico e também a produção de CO 2 .
    c. Os processos eletrolítico, biofotólise da água e fermentação são processos de produção de H 2 por fontes renováveis.
    d. No processo de obtenção de H 2 por reforma a vapor, é interessante que a razão \mathrm{H} 2 / \mathrm{CO} seja baixa.
    e. A biofotólise da água envolve a produção do H 2 por algas e cianobactérias e para acontecer depende da incidência de luz.

Passo 1

O enunciado pede: identificar a alternativa que está incorreta (marca “exceto”) dentre as opções dadas sobre processos de obtenção de hidrogênio. Vou listar claramente o que cada alternativa diz (mantendo exatamente as ideias, com os símbolos químicos em TeX):
a. As limitações dos processos de biofotólise e fermentação fazem com que o processo eletrolítico seja o mais largamente utilizado, dentre as fontes produtoras renováveis.
b. Duas limitações do processo de obtenção do \mathrm{H_2} por fermentação são a produção de resíduo sólido pela biodigestão do material orgânico e também a produção de \mathrm{CO_2}.
c. Os processos eletrolítico, biofotólise da água e fermentação são processos de produção de \mathrm{H_2} por fontes renováveis.
d. No processo de obtenção de \mathrm{H_2} por reforma a vapor, é interessante que a razão \mathrm{H}_2/\mathrm{CO} seja baixa.
e. A biofotólise da água envolve a produção do \mathrm{H_2} por algas e cianobactérias e para acontecer depende da incidência de luz.
O objetivo é escolher qual dessas afirmações está errada.

Passo 2

Analisando a alternativa (a). Primeiro, recapitular o que é eletrólise: é a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio usando energia elétrica. A reação global da eletrólise é, em bloco:
2\mathrm{H_2O(l)} \to 2\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{O_2(g)}
(explicação: a energia elétrica fornece a energia necessária para quebrar as ligações da água; o processo é fácil de controlar e pode ser alimentado por eletricidade renovável como eólica ou solar). As rotas biológicas como biofotólise e fermentação têm limitações de escala, rendimento e necessidade de biomassa/condições biológicas, por isso, entre as fontes renováveis disponíveis hoje, a eletrólise é uma rota amplamente adotada quando se quer hidrogênio “verde”. Conclusão: a afirmação (a) está correta.

Passo 3

Analisando a alternativa (b). Explicar fermentação (no contexto de produção de \mathrm{H_2}): em fermentação escura (dark fermentation), microrganismos decompõem açúcares gerando \mathrm{H_2}, \mathrm{CO_2} e outros produtos orgânicos; um exemplo simplificado é:
\mathrm{C_6H_{12}O_6} \to 2\\ \mathrm{CH_3COOH} + 2\\ \mathrm{CO_2} + 4\\ \mathrm{H_2}.
Além disso, na biodigestão fica resíduo sólido (digestato) que precisa ser tratado. Portanto produzir \mathrm{CO_2} e gerar resíduos sólidos são limitações reais desse processo. Conclusão: a afirmação (b) está correta.

Passo 4

Analisando a alternativa (c). Verificar se os três processos citados podem ser considerados de fontes renováveis:
  • Eletrólise: se a eletricidade vier de fontes renováveis (solar, eólica, hidráulica), então o hidrogênio produzido é considerado renovável/verde.
  • Biofotólise: processo biológico usando algas/cianobactérias que, com luz, dividem a água gerando \mathrm{H_2}.
  • Fermentação: usa biomassa (resíduos orgânicos) — também rota renovável/biológica.
    Logo esses três são rotas associadas a fontes renováveis (com ressalvas técnicas), portanto (c) está correta.

Passo 5

Analisando a alternativa (d). Aqui precisamos explicar reforma a vapor (steam methane reforming, SMR) e o conceito da razão \mathrm{H}_2/\mathrm{CO}.
Reação básica de reforma a vapor (exemplo com metano):
\mathrm{CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2}
Depois frequentemente aplica-se a reação de deslocamento água-gás (water-gas shift) para converter CO em \mathrm{CO_2} e obter mais \mathrm{H_2}:
\mathrm{CO + H_2O \rightleftharpoons CO_2 + H_2}.
Observe que a etapa de reforma já fornece uma razão inicial \mathrm{H}_2/\mathrm{CO} relativamente alta (por exemplo, 3 na reação direta do metano acima), e a reação de deslocamento aumenta ainda mais a produção de \mathrm{H_2}. Na prática, para aplicações que exigem hidrogênio (ex.: células a combustível ou síntese química que demanda muito \mathrm{H_2}), é desejável uma razão \mathrm{H}_2/\mathrm{CO} alta — não baixa. Uma razão baixa significaria pouco \mathrm{H_2} relativo a CO, o que é indesejável quando o objetivo é obter muito \mathrm{H_2}. Portanto a frase “é interessante que a razão \mathrm{H}_2/\mathrm{CO} seja baixa” está incorreta: o correto é que se busca uma razão alta (ou, quando se precisa, realiza-se o deslocamento água-gás para aumentar a razão). Conclusão: a afirmação (d) está errada.

Passo 6

Analisando a alternativa (e). Explicar biofotólise: é um processo em que algas ou cianobactérias usam a luz para, via sistemas fotossintéticos, gerar \mathrm{H_2} pela divisão da água ou por via de metabolismo fotossintético acoplado. Portanto a dependência da incidência de luz e o envolvimento de algas/cianobactérias é correto. Conclusão: (e) está correta.

Passo 7

Resumo das conclusões dos passos anteriores:
  • (a) correta;
  • (b) correta;
  • (c) correta;
  • (d) incorreta (afirmação falsa);
  • (e) correta.
Portanto a alternativa que responde ao “exceto” (a incorreta) é a alternativa (d).

Resposta

d.

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