Fernando Alcoforado*
Este artigo tem por objetivo apresentar como o hidrogênio pode ser utilizado como uma das fontes de energia do futuro e colaborar na eliminação ou redução da emissão dos gases do efeito estufa contribuindo com efetividade no combate à mudança climática global que tende a ser catastrófica. A Agência Internacional de Energia (AIE) garantiu num relatório datado de 2019 que o hidrogênio é uma energia do futuro. O hidrogênio parece ser uma real alternativa porque não emite CO2 quando associada a uma célula de combustível. É importante observar que o hidrogênio é, também, uma fonte de energia renovável que foi descoberta há vários séculos. Por que o hidrogênio passa a ser uma alternativa relevante e possível hoje? Para responder a esta pergunta, foram analisados os artigos L’hydrogène, énergie du futur? (Hidrogênio, energia do futuro?), disponível no website <https://www.sirenergies.com/article/hydrogene-energie-du-futur/> e Saiba como o hidrogênio se transforma em combustível, disponível no website <https://www.alemdaenergia.engie.com.br/saiba-como-o-hidrogenio-se-transforma-em-combustivel/>.
O artigo L’hydrogène, énergie du futur? (Hidrogênio, energia do futuro?) mostra as razões pelas quais o hidrogênio é uma importante fonte de energia do futuro as quais estão apresentadas nos parágrafos a seguir:
Quando se fala em alternativas aos combustíveis fósseis, muitas vezes aparece o hidrogênio que é um elemento químico que constitui aproximadamente 75% do Universo. Localizada principalmente em estrelas e planetas gigantes, é uma fonte considerável de energia. Os primeiros experimentos relacionados ao hidrogênio foram observados no início do século XIX, em particular com a eletrólise da água e depois com o desenvolvimento de células de combustível. Ainda é interessante notar que só muito recentemente este combustível ressurgiu. Na verdade, é a política de transição energética em curso em vários países do mundo que esta fonte de energia passou a ser considerada como alternativa à substituição dos combustíveis fósseis. Do ponto de vista molecular, o H20 está presente em todo o nosso planeta. Como lembrete, a água é um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio (H2O). É excepcional notar que o H2O representa quase 90% dos átomos (em número) presentes no nosso planeta. Quase 10% da massa do corpo humano é constituída por hidrogênio.
É preciso observar que o hidrogênio não é uma energia, mas sim um vetor energético. Ou seja, permite transportar ou armazenar energia primária previamente produzida. O poder energético do hidrogênio também é muito significativo. Uma molécula de hidrogênio libera aproximadamente três vezes mais energia que seu equivalente na gasolina. Quando associada a uma célula de combustível, esta energia não emite CO2. A água é o único resíduo de uma célula de combustível. O hidrogênio é um vetor que não está presente em estado puro na natureza. É portanto necessário mobilizar energia para extraí-la, transportá-la, transformá-la. É certamente muito menos poluente do que outras alternativas. A emergência climática favorece o surgimento de energias renováveis (solar, eólica e biomassa). Por definição, estes meios de produção são intermitentes. Eles só produzem quando as condições permitem. Existe um processo que envolve hidrogênio que permite superar este problema:
• 1º passo: através do processo de eletrólise é possível criar hidrogênio a partir da água. Na verdade, a água é composta por moléculas de hidrogênio e oxigênio (H2O). Usando uma corrente elétrica é possível separar essas moléculas e, assim, armazenar hidrogênio.
• 2ᵉ passo: Uma vez armazenado o gás, existem múltiplos usos. No contexto do armazenamento, é possível produzir eletricidade a partir do hidrogênio através de uma célula de combustível.
Uma das questões climáticas mais importantes é a do setor dos transportes. Na verdade, hoje a maior parte dos transportes funciona com combustíveis fósseis. O setor dos transportes representa cerca de 33% das emissões de gases do efeito estufa no Brasil, 30% na França e 20% no mundo. O transporte de mercadorias e pessoas consome muita energia. Uma das soluções previstas para descarbonizar este setor é, portanto, o hidrogênio. Pode-se imaginar veículos movidos a hidrogênio. A combustão deste gás produz apenas água, esta propriedade o torna um sério candidato como combustível do futuro. O motor dos veículos seriam movidos a hidrogênio. Há a possibilidade de instalação de célula de combustível para equipar os veículos. Muitos fabricantes estão interessados na possibilidade de instalar uma bateria que forneça eletricidade ao carro. Neste cenário, o hidrogênio resolve o problema da autonomia dos veículos elétricos. A eficiência do hidrogênio numa célula de combustível é de quase 50% (o que é excepcional). Do ponto de vista técnico, é o inverso da eletrólise. Esta é uma mistura de ar e hidrogênio. Dentro da bateria, a energia do hidrogênio é então convertida em energia elétrica. Existem inúmeras aplicações do hidrogênio como a descarbonização da indústria, o armazenamento de eletricidade, o transporte rodoviário, marítimo ou aéreo, entre outras.
Figura 1- Célula combustível (Bateria de hidrogênio)
Fonte: https://www.sirenergies.com/article/hydrogene-energie-du-futur/
Existem várias maneiras de produzir hidrogênio. Alguns deles consomem combustíveis fósseis. Mesmo que a utilização futura de hidrogênio apenas libere água, a produção inicial pode ser problemática. Hoje, a maior parte da produção inicial de eletricidade ou hidrogênio (dependendo do processo escolhido) é de origem fóssil. A transição energética deve permitir-nos reduzir as nossas emissões de CO2, pelo que devemos privilegiar uma fonte de energia renovável (hidráulica, solar, eólica e biomassa). É por isso que distinguimos vários “tipos” de hidrogênio: 1) o hidrogénio verde que é fabricado por eletrólise, sendo a produção inicial de eletricidade de origem renovável; e, 2) o hidrogénio cinzento que é produzido por processos químicos que envolvem combustíveis fósseis. O hidrogénio verde é o de maior interesse porque é o combustível que ajuda nossas sociedades a descarbonizarem-se face à emergência climática.
O desenvolvimento do setor do hidrogênio exige investimentos pesados em toda a cadeia de produção, quer se trate de produção, transporte ou mesmo armazenamento.
Figura 2- Produção, Conversão, Armazenamento e Usos de Hidrogênio (H2)
Fonte: https://www.sirenergies.com/article/hydrogene-energie-du-futur/
É absolutamente necessário reduzir os custos das células de combustível ou mesmo dos eletrolisadores. Esta é a condição sine qua non para o surgimento em larga escala desta tecnologia. Estima-se que serão necessários cerca de 20 mil milhões de Euros de investimento por ano para atingir uma dimensão crítica em 10 anos. Este montante pode parecer elevado, mas é atualmente mais de 30 vezes inferior aos fundos atribuídos aos investimentos petrolíferos. Para permitir que o hidrogênio cumpra adequadamente o seu papel, seria, portanto, necessário aumentar a quota de eletricidade sem carbono na matriz energética global.
O artigo Saiba como o hidrogênio se transforma em combustível mostra as razões pelas quais o hidrogênio é uma importante fonte de energia do futuro as quais estão apresentadas nos parágrafos a seguir:
O hidrogênio como combustível é visto como peça importante para o futuro neutro em carbono. Mas sua transformação de gás em combustível demanda uma grande quantidade de energia. Portanto, é importante prestar atenção na fonte dessa energia para que o produto final seja o chamado hidrogênio verde. Elemento mais abundante no Universo, uma das formas de produzi-lo é por meio de um processo térmico. Neste caso, geralmente, o vapor reage com um combustível do tipo hidrocarboneto, produzindo hidrogênio. Os combustíveis que podem ser usados são vários, e vão do diesel a gás natural e biogás, por exemplo. Neste tipo de geração, há emissões de carbono. Mas também é possível produzi-lo a partir da eletrólise. Neste caso, dois eletrodos (um tipo de barra de metal) ligados a uma fonte de energia são inseridos em um recipiente com água. As barras têm polaridades diferentes, e a energia que passa por elas separa o hidrogênio que está na água. Este processo demanda bastante energia, porque sua eficiência energética é de cerca de 80%. O que quer dizer que, para gerar 80 quilowatts/quilo, seriam necessários 100 kWh de eletricidade. Neste tipo de produção, é possível que a emissão de carbono seja zero. Porém isso depende da fonte da eletricidade usada.
Para acionar motores, o hidrogênio precisa passar por uma célula de combustível. Na célula combustível, o processo é o inverso do que acontece na eletrólise que produz o hidrogênio. Assim como na eletrólise, há dois eletrodos, um positivo e um negativo. O eletrodo negativo é alimentado pelo hidrogênio, enquanto o positivo recebe ar. No negativo, uma substância separa as moléculas de hidrogênio em prótons e elétrons. Enquanto os elétrons saem do eletrodo e geram um fluxo de eletricidade, os prótons vão em direção ao eletrodo com ar. Lá, esses prótons se misturam com o oxigênio e, no caminho contrário ao da eletrólise, geram água e calor. É assim que este tipo de combustível gera energia sem combustão e produzindo apenas vapor de água. As células de combustível podem ter vários usos, de transporte a sistema de backup de fornecimento de energia. Entre seus usos estão ainda alimentar prédios e até um submarino.
O hidrogênio enquanto combustível pode ser de diferentes “cores”. Estas o classificam conforme a fonte de energia usada para produzir o hidrogênio combustível. Há o hidrogênio cinza, produzido a partir de combustíveis fósseis. Quando essa produção vem denbsp;gás naturalnbsp;e há captura e armazenamento de carbono, temos o hidrogênio azul. Já o hidrogênio verde é aquele feito a partir da eletrólise. Porém a energia inicial para a realização deste processo precisa vir de fontes renováveis (hidroeletricidade, energia solar, energia eólica e biomassa) para que o combustível se enquadre nesta categoria. Assim, sua produção se dá sem a emissão de carbono. É por isso especialistas veem este tipo de combustível como chave paranbsp;um mundo neutro em carbono. Embora o uso mais conhecido do hidrogênio provavelmente sejam os veículos automotores, há muitos outros usos possíveis. Células de combustível podem servir de unidades fixas de geração de energia para prédios. Em alguns casos, elas podem fornecer também calor. As células de combustível são vistas como potencial fontes de energia para aeronaves. É possível, por exemplo, usá-las como sistema de gerador de emergência. Além disso, podem servir de unidade auxiliar de energia para o avião como um todo. O hidrogênio pode fornecer a energia para a propulsão da embarcação. Mas este uso ainda está em estágio inicial de testes e desenvolvimento. Contudo, seu uso como fonte de energia a bordo já está mais avançado. Há um projeto norueguês que pretende criar um navio de cruzeiro movido a hidrogênio. Também é possível que o hidrogênio alimente veículos de serviço como empilhadeiras e caminhões, além de ônibus e trens.
Pelo exposto, fica demonstrada a viabilidade do hidrogênio como fonte energia capaz de substituir os combustíveis fósseis e contribuir no combate à mudança climática com a redução das emissões de gases do efeito estufa.
* Fernando Alcoforado, 83, condecorado com a Medalha do Mérito da Engenharia do Sistema CONFEA/CREA, membro da Academia Baiana de Educação, da SBPC- Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência e do IPB- Instituto Politécnico da Bahia, engenheiro pela Escola Politécnica da UFBA e doutor em Planejamento Territorial e Desenvolvimento Regional pela Universidade de Barcelona, professor universitário (Engenharia, Economia e Administração) e consultor nas áreas de planejamento estratégico, planejamento empresarial, planejamento regional e planejamento de sistemas energéticos, foi Assessor do Vice-Presidente de Engenharia e Tecnologia da LIGHT S.A. Electric power distribution company do Rio de Janeiro, Coordenador de Planejamento Estratégico do CEPED- Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Bahia, Subsecretário de Energia do Estado da Bahia, Secretário do Planejamento de Salvador, é autor dos livros Globalização (Editora Nobel, São Paulo, 1997), De Collor a FHC- O Brasil e a Nova (Des)ordem Mundial (Editora Nobel, São Paulo, 1998), Um Projeto para o Brasil (Editora Nobel, São Paulo, 2000), Os condicionantes do desenvolvimento do Estado da Bahia (Tese de doutorado. Universidade de Barcelona,http://www.tesisenred.net/handle/10803/1944, 2003), Globalização e Desenvolvimento (Editora Nobel, São Paulo, 2006), Bahia- Desenvolvimento do Século XVI ao Século XX e Objetivos Estratégicos na Era Contemporânea (EGBA, Salvador, 2008), The Necessary Conditions of the Economic and Social Development- The Case of the State of Bahia (VDM Verlag Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2010), Aquecimento Global e Catástrofe Planetária (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2010), Amazônia Sustentável- Para o progresso do Brasil e combate ao aquecimento global (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2011), Os Fatores Condicionantes do Desenvolvimento Econômico e Social (Editora CRV, Curitiba, 2012), Energia no Mundo e no Brasil- Energia e Mudança Climática Catastrófica no Século XXI (Editora CRV, Curitiba, 2015), As Grandes Revoluções Científicas, Econômicas e Sociais que Mudaram o Mundo (Editora CRV, Curitiba, 2016), A Invenção de um novo Brasil (Editora CRV, Curitiba, 2017), Esquerda x Direita e a sua convergência (Associação Baiana de Imprensa, Salvador, 2018, em co-autoria), Como inventar o futuro para mudar o mundo (Editora CRV, Curitiba, 2019), A humanidade ameaçada e as estratégias para sua sobrevivência (Editora Dialética, São Paulo, 2021), A escalada da ciência e da tecnologia ao longo da história e sua contribuição ao progresso e à sobrevivência da humanidade (Editora CRV, Curitiba, 2022), de capítulo do livro Flood Handbook (CRC Press, Boca Raton, Florida, United States, 2022), How to protect human beings from threats to their existence and avoid the extinction of humanity (Generis Publishing, Europe, Republic of Moldova, Chișinău, 2023) e A revolução da educação necessária ao Brasil na era contemporânea (Editora CRV, Curitiba, 2023).
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