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Hidrogênio funciona como um coringa das fontes renováveis
Publicado em 31/10/2016
A possibilidade de produção por meio de diversos insumos e processos, e diferentes usos que possui, colocam o hidrogênio como
um elemento de integração de diversas tecnologias
FONTE: Gazeta do Povo
Na corrida por novas fontes alternativas de energia, o hidrogênio é considerado o combustível do futuro. Há quem diga que ele será o grande substituto do petróleo e que num futuro próximo a maioria dos carros vai circular com células de hidrogênio. Sua grande vantagem, talvez, seja a facilidade de combinação com outras fontes, como hídrica, eólica e solar, o que o torna um coringa no cenário energético. Apesar de tamanho potencial, ele ainda precisa vencer alguns desafios para se tornar o “novo petróleo”.
Embora seja o elemento mais abundante do universo e com grande potencial energético, ele não é encontrado na natureza de forma pura e isolada, como o petróleo. Para extraí-lo é necessária muita energia, e esse é o primeiro grande desafio: descobrir qual é o processo de transformação mais eficiente do hidrogênio e como fazê-lo sem a emissão de gases de efeito estufa.
A necessidade de energia limpa e renovável cresce em todo o mundo, com as fontes dividindo o protagonismo na geração. “Não existe uma única fonte de energia limpa capaz de dar conta sozinha da demanda. Por isso, dependemos da disponibilidade de fontes locais para compor a matriz energética regional que, combinada ao hidrogênio, forma um diversificado leque de produção e armazenamento de energia mais limpa e eficiente”, afirma Fábio Coral Fonseca, pesquisador do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN).
Essa característica coringa do hidrogênio – que pode ser produzido por meio de diversos insumos e processos, além dos diferentes usos que possui – permite que ele seja associado a outras fontes, especialmente as renováveis, para gerar e armazenar energia, sanando a principal desvantagem das fontes eólica e solar, a intermitência. Se no Nordeste o vento é abundante, porque não utilizá-lo para a quebra do hidrogênio que, quando armazenado, pode oferecer mais que o dobro de desempenho gerado por um carro a combustão?
Para obter o hidrogênio isolado e transformá-lo em energia ele passa por um conversor, chamado de célula a combustível. Esse dispositivo teve sua origem em 1839, antes mesmo da invenção do motor a combustão. Na época, o inglês William Grove imaginou que, se a energia elétrica pode ser usada para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, seria possível inverter o método e usar hidrogênio para gerar energia.
Gerhard Ett, engenheiro químico do Instituto de Pesquisa e Tecnologia de São Paulo, explica que a densidade energética da célula a combustível é superior à das baterias, por exemplo. “Além disso, a energia produzida é 100% limpa e possui eficiência 60% superior. Nesse processo, o CO2 só é gerado na fabricação do material das placas de células a combustível. Consequentemente se torna um importante combustível por ter um ciclo de vida com impactos ambientais baixo”, afirma ele.
Armazenamento e preço travam avanço do hidrogênio
O armazenamento do hidrogênio ainda é considerado um desafio para a ciência, uma vez que ele é um elemento altamente explosivo, que pode ser conservado na sua forma líquida, gasosa ou sólida. “O gasoso é o mais comum, principalmente em veículos, sob alta pressão. Mas uma tendência é de que ele seja produzido e consumido sob demanda, desta forma pula-se a etapa de armazenamento”, explica o engenheiro químico Gerhard Ett.
Emílio Hoffmann, engenheiro elétrico e sócio-fundador da Brasil H2, empresa representante de produtos à base de hidrogênio, explica que “como todo combustível, o hidrogênio é inflamável. Mas, em certas ocasiões, é considerado até mais seguro que o gás de cozinha, pois como é leve, se dispersa e dilui no ar em caso de vazamento”, diz.
Outro desafio a ser superado por essa tecnologia é o preço, pois ela ainda depende de materiais e processos que têm um custo bastante elevado, em parte, pela falta de incentivo. O Brasil lidera as pesquisas em tecnologia de hidrogênio na América Latina, mas está bem atrás de outros países. De acordo com o relatório do Centro de Gestão de Estudos Energéticos (CGEE), de 1999 a 2007, os investimentos brasileiros de origem pública e privada somaram, aproximadamente, R$ 134 milhões, o equivalente a 5% do que é investido no Japão, União Européia ou Estados Unidos.
Ennio Peres da Silva, chefe do Laboratório de Hidrogênio da Unicamp, afirma que esse mercado tende a crescer com a introdução de veículos movidos a hidrogênio no mercado, possível graças a célula de combustível.“Se tivermos uma escala global de produção automotiva, e também geração de energia elétrica residencial, isso baixará o custo. Por consequência, essa tecnologia se tornará mais acessível e esse futuro não estará mais tão longe”, diz.
Para Hoffmann, o Brasil tem um longo caminho para chegar ao estágio de países que investem pesado em hidrogênio, como Japão ou EUA. “Não conseguimos evoluir ainda para as etapas de pós-pesquisa, para demonstração no mercado e comercialização final do produto, o que incide no preço final ao consumidor”, afirma o empresário.
O uso do hidrogênio (na prática)
Em alguns países, como Japão essa tecnologia já faz parte do dia a dia da população. Já existem 150 mil células a combustível residenciais instaladas nas casas dos japoneses. O gás natural que antes era usado na água quente para banho e aquecimento da casa, agora produz energia elétrica. Como o resíduo principal desse processo elétrico é a água quente, ela é reutilizada na casa, permitindo que o usuário deixe de consumir ou reduza o gás natural que era normalmente consumido para aquecimento.
“Para um país cujos recursos naturais são limitados e que importa gás natural e gera energia elétrica também a partir de usinas nucleares, usar com mais eficiência o gás natural é importante. Por isso está dando certo, já que existe um contexto favorável no país”, afirma Hoffmann.
Nos Estados Unidos, a eletricidade a partir do hidrogênio vem sendo utilizada para fins industriais. Algumas empresas como a Apple, Microsoft, Walmart, dentre outras, têm utilizado as células a combustível para gerar energia a partir do biogás para as empilhadeiras elétricas.
“Enquanto as baterias tradicionais precisam de oito horas para serem recarregadas, salas para armazenamento e unidades adicionais para substituir as que estão recarregando; o tanque de hidrogênio que alimenta as células a combustível pode ser abastecido de 3 a 5 minutos”, ressalta o empresário. Com isso, o custo operacional é reduzido para empresas que apresentam frotas de empilhadeiras superior a 30 unidades.
O uso de hidrogênio para geração de eletricidade, a partir das células a combustível, possui diversas aplicações. A utilização vai desde a área de mobilidade elétrica (ônibus, veículos de passeio, táxis, empilhadeiras elétricas, trens), até a geração de energia elétrica em residências e indústrias, passando por uso em drones, geradores portáteis, geradores de backup para telecom, sensoriamento remoto e para telefones celulares e fornecimento de energia para fins militares.
Produção e utilização
A energia produzida pelas fontes primárias é usada no processo de produção do hidrogênio (H2), que pode ser convertido pela célula a combustível em energia. A utilização energética do hidrogênio tem sido realizada principalmente nas áreas portáteis, móveis e estacionárias.
Fontes primárias
Produção
Conversão em combustível
Como funciona
Por meio de uma reação eletroquímica, as células convertem o hidrogênio e oxigênio em eletricidade. É um princípio similar ao da pilha, com a diferença de que a célula a combustível apenas converte a energia, mas não consegue armazená-la. Outro diferencial é que gera água e calor como resíduo final do processo.
Uso da célula a combustível
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