O que é a Energia do Hidrogênio?

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Há várias fontes de energia, e uma delas é a Energia do Hidrogênio. Nesta postagem saberemos o que é e como funciona essa fonte de energia, suas vantagens, desvantagens e muito mais.

Se pararmos para pensar, praticamente tudo que fizemos, em nosso dia a dia, depende da energia elétrica, não é mesmo? Pois sem ela, não conseguimos trabalhar ou executar qualquer atividade rotineira.

Para gerar energia, existem diversas fontes que apresentam vantagens e desvantagens.

E dentro dessas diferentes fontes, uma delas vem sendo bastante estudada, a Energia do Hidrogênio. Nesta postagem saberemos o que é e como funciona essa fonte de energia, suas vantagens, desvantagens e muito mais.

Por isso, não deixe de continunar lendo.

Hidrogênio como Fonte de Energia

Com o Acordo de Paris firmado, têm se observado cada vez mais um empenho internacional na busca de formas de reduzir as emissões dos gases responsáveis pelo efeito estufa, além de mitigar seus efeitos sobre as mudanças climáticas.

Desta forma, segundo Campos, Leão e Amorin (2021), vem se estudando a transição para economias de baixo carbono, passando assim a priorizar formas de combustão mais eficiêntes, nas quais maior quantidade de energia é produzida pela mesma quantidade de massa, somadas à menor emissão de poluentes.

É nesse contexto que ganha corpo a exploração do hidrogênio para além de seu uso como matéria-prima. O hidrogênio pode ser empregado para diversos usos e finalidades, sendo eles: mobilidade, residencial, energia e indústria.

Quanto a mobilidade, têm-se cinco principais atividades que poderiam ser beneficiadas com o uso do hidrogênio, sendo elas: transporte rodoviário de passageiros e de carga, ferroviário, marítimo e aeroportuário. Nestes casos, o hidrogênio seria usaria como combustível energético.

Já o uso doméstico pode ser favorecido, segundo Campos, Leão e Amorim (2021), com o aquecimento residencial e da água, por exemplo, em que o hidrogênio seria transportado misturado à rede já existente de gás ou por meio de infraestrutura dedicada.

Ele ainda pode ser utilizado para a produção de eletricidade, mediante armazenamento e geração por meio de turbinas de gás ou células de combustível à base de hidrogênio.

E por fim, temos o uso industrial o qual requer o hidrogênio para produzir vapor de alta temperatura, para fabricação de produtos não energéticos, como por exemplo: amônia, plástico e combustíveis sintéticos, para tratamento de materiais siderúrgicos, dentre outros.

Vantagens e Desvantagens

Segundo Coelho (2016), o hidrogênio é um importante portador de energia, tendo uma série de vantagens, sendo uma delas o grande volume de hidrogênio que pode ser facilmente armazenado de várias maneiras diferentes.

É ainda considerado como um combustível de alta eficiência e baixo potencial poluidor, podendo ser utilizado para transporte, aquecimento e geração de energia em locais onde é difícil usar eletricidade e em alguns casos, é mais barato enviar hidrogênio por dutos do que enviar eletricidade por longas distâncias em fios.

Traz ainda benefícios ambientais, pois em sua combustão gera apenas vapor d’água como subproduto. Ao contrário de outros combustíveis, que geram compostos de carbono que causam efeito estufa. Além disso, o hidrogênio é um recurso ‘ilimitado’ (que, combinado com o oxigênio, na forma de água, existe em grande quantidade).

No entanto, como qualquer fonte de energia, ela aprensenta suas desvantagens sendo que uma delas é que há algumas barreiras à expansão do uso do hidrogênio como combustível e fonte de energia, pois não se trata de um combustível primário (não é encontrado na natureza em estado puro, em quantidade significativa).

Há ainda dificuldades em seu armazenamento para uso veicular (é um composto de baixíssima densidade, que ocupa muito volume, mas uma alternativa é o seu armazenamento na forma de hidretos, compostos instáveis que o liberam lentamente).

Outra desvantagem é que sua produção a partir de recursos renováveis ainda não é economicamente competitiva. E as tecnologias para eliminação completa de carbono do ciclo produtivo ainda estão em desenvolvimento.

As principais rotas hoje existentes para a produção do hidrogênio são a reforma do gás natural ou de etanol; gaseificação de carvão ou biomassa; eletrólise da água; rotas fermentativas; e processos combinados, como energia solar associada à eletrólise.

No entanto, mesmo diante de desvantagens, deve-se seguir com as pesquisas e aprimoramentos da técnica.

Geração de Energia do Hidrogênio

Segundo Coelho (2016), o hidrogênio pode ser considerado o elemento mais simples da tabela períodica, sendo também um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre.

No entanto, como um gás, ele não é encontrado naturamente na terra, devendo ser fabricado.

Isso mesmo, ele dificilmente é encontrado na natureza de forma isolada, sendo mais comum sua existência por meio de combinações com outros elementos quimicos como: oxigênio, nitrogênio e carbono.

Sendo assim necessário realizar processos físicos ou químicos para separar tais elementos e permitir seu uso como fonte de energia, na sua forma molecular (H2).

Isso ocorre pois o gás do hidrogênio é mais leve do que o ar e sobe para a atmosfera como resultado e em sua forma natural, ele está sempre associado a outros elementos na forma de compostos tais como água, carvão e petróleo, por exemplo.

Como já mencionado aqui, o hidrogênio não existe na Terra como um gás, ele deve ser separado de outros compostos.

Assim, dois dos métodos mais comuns usados ​​para a produção de hidrogênio são eletrólise ou divisão de água e reforma a vapor.

Tipos de obtenção de Hidrogênio.

Jesus (2019) destaca que a reforma a vapor é atualmente o método menos caro para produzir o hidrogênio, sendo usado em indústrias para separar átomos de hidrogênio de átomos de carbono no metano. Como o metano é um combustível fóssil, o processo de reforma a vapor resulta em emissões de gases de efeito estufa que estão ligados ao aquecimento global.

Já a eletrólise envolve passar uma corrente elétrica através da água para separá-la em seus elementos básicos, hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio é então recolhido no cátodo carregado negativamente, e o oxigênio no ânodo positivo. O hidrogênio produzido pela eletrólise é extremamente puro e não produz emissões, uma vez que a eletricidade produzida a partir de fontes de energia renováveis ​​pode ser utilizada. Infelizmente, a eletrólise é atualmente um processo muito caro (JESUS, 2019).

Porém, existem também vários métodos experimentais de produção de hidrogênio, tais como fotoeletrólise e gaseificação de biomassa. Os cientistas também descobriram que algumas algas e bactérias produzem hidrogênio sob certas condições, usando a luz solar como sua fonte de energia.

Um estudo recente da Florence School of Regulation identificou, em dados de janeiro de 2021, vinte e duas tecnologias capazes de produzir hidrogênio, das quais pelo menos treze poderiam funcionar como energia renovável, a despeito de nem todas serem economicamente viáveis (BRASIL ESCOLA, 2021). 

Dentre elas, há três rotulagens mais comuns as quais identificam a forma de obtenção do hidrogênio: verde, cinza e azul.

Formas de Obtenção de Hidrogênio (Verde, Cinza e Azul)

Silva (2016) destaca que o hidrogênio verde é produzido mediante uso de eletricidade obtida por meio das energias renováveis (parques eólicos, energia solar, dentre outras), afim de impulsionar a eletrólise da água. Desta forma, ela é a alternativa mais limpa de geração de hidrogênio, por ser livre de emissões, sendo então chamado de hidrogênio limpo ou hidrogênio renovável.

Fatih Birol, diretor executivo da AIE e Hiroshige Seko, ministro da Economia, Comércio e Industria do Japão, deram a conhecer o relatório “O futuro do hidrogénio: aproveitar as oportunidades de hoje”, sendo que atualmente o hidrogénio limpo tem um forte apoio dos governos e das empresas de todo o mundo com vários projetos em rápida expansão (JESUS, 2019).

Diferente dos combustíveis fósseis, o aproveitamento energético do hidrogênio verde raramente se dá por sua combustão, mas sim por meio de uma transformação eletroquímica, realizada em células conhecidas como células a combustível.

Nesses equipamentos, o oxigênio existente na atmosfera se combina com o hidrogênio, produzindo energia elétrica e água. Ou seja, o processo de geração de energia por meio de células a combustível em si não impacta o meio ambiente, razão pela qual pode-se classificá-lo como sendo um processo limpo (AZEVEDO, 2021).

Temos ainda o hidrogênio cinza, onde este é gerado a partir da queima de combustíveis fósseis, principalmente gás natural.

Segundo o eClycle (2020), a conversão de gás natural em hidrogênio ocorre em um processo chamado de reforma a vapor, ou Steam Methane Reforming (SMR), em inglês. A reforma a vapor é responsável por liberar grandes quantidades de dióxido de carbono na atmosfera, gás que intensifica o aquecimento global e, consequentemente, as mudanças climáticas.  

Já o Hidrogênio azul” é um termo utilizado para se referir ao hidrogênio obtido a partir da queima de combustíveis fósseis, como gás natural e carvão mineral, seguida da captura e do armazenamento de carbono emitido nesse processo.

hidrogênio (Foto: Getty Images)
Hidrogênio Azul.

Segundo eCycle (2020), ele é conhecido como “gás descarbonizado” ou “gás de baixo carbono”, o hidrogênio azul é considerado uma fonte de energia limpa, apesar de existirem controvérsias. 

Segundo Coelho (2016), as tecnologias de captura e armazenamento de carbono têm sido muito discutidas nos últimos tempos, sendo vistas como uma das possíveis soluções para reduzir os impactos das mudanças climáticas.

No entanto, mesmo desenvolvidas com o intuito de preservar a vida humana no planeta, essas tecnologias nem sempre estão livres de problemas ambientais.

Porém, além dessas três classificações, é possível listar o hidrogênio turquesa, produzido a partir de gás fóssil com o emprego da tecnologia de pirólise de metano fundido, que gera também carbono sólido. Como o carbono sólido não é liberado para a atmosfera, o método de produção é considerado livre de emissões. Por fim, fala-se em hidrogênio marrom, gerado através da gaseificação de carvão ou linhito.

Desafios do Hidrogênio

Diante dos estudo e avanços, o hidrogénio ainda enfrenta grandes desafios.

Um deles é que a produção de hidrogénio a partir de energia baixa em carbono é cara, e o desenvolvimento da infraestrutura de hidrogénio é lenta, o que atrasa a sua adoção global.

Além disso, há limitações regulamentares que atrasam esse desenvolvimento da industria do hidrogénio limpo. Hoje, o hidrogénio já é usado a uma escala industrial, mas é fornecido praticamente todo com recurso a gás natural e carvão.

A sua produção, principalmente por indústrias químicas e refinarias, é responsável pela libertação para a atmosfera de 830 milhões de toneladas de CO2 por ano, sendo esse valor equivalente às emissões anuais de carbono do Reino Unido e Indonésia juntos (PORTAL ENERGIA, 2019).

No entanto, mesmo ele sendo considerado um grande desafio, é também uma grande oportunidade para aumentar o volume de produção de hidrogénio limpo por todo o mundo.

Futuro do Hidrogênio e Principais Usos

Muitos estudos e pesquisas vem sendo desenvolvidos para estudar a viabilidade quanto a utilização do hidrogênio, sendo que as empresas vem adotando diversas abordagens. Dentre elas esta a produção de hidrogênio por meio de fontes limpas.

Nas últimas duas décadas, tiveram início mais de 200 projetos para converter a eletricidade e água em hidrogénio para reduzir as emissões de CO2 para a atmosfera, provenientes do transporte, uso de gás natural e dos setores industriais, ou para apoiar a integração das energias renováveis no sistema energético (JESUS, 2019).

Hidrogênio do Futuro.

Outro desafio, destaca Jesus (2019) é o de aumentar o uso de hidrogénio limpo em outros setores, como automóveis, caminhões, edifícios de aço e aquecimento. Atualmente há quase 11.200 automóveis movidos a hidrogénio por todo o mundo.

Os Governos pretendem aumentar este numero para 2,5 milhões até 2030. Para isso os responsáveis políticos devem garantir que haja condições no mercado bem-adaptadas para alcançar esses objetivos tão ambiciosos (JESUS, 2019).

Os recentes êxitos da energia solar fotovoltaica, energia eólica, baterias e veículos elétricos, são prova dada de como as politicas e inovações tecnologias tem poder de construir industrias globais de energia limpa, destaca Campos, Leão e Amorin (2021).

Atualmente segundo Coelho (2016), o hidrogênio é usado principalmente como combustível no programa espacial da NASA. O hidrogênio líquido é usado para impulsionar o ônibus espacial e outros foguetes, enquanto as células de combustível de hidrogênio alimentam os sistemas elétricos do ônibus espacial. A célula de combustível do hidrogênio é usada também para produzir a água pura para a tripulação da espaçonave.

As células de combustível convertem diretamente a energia química do hidrogênio em eletricidade, com água pura e calor como os únicos subprodutos. Baterias de combustível movidas a hidrogênio não são apenas livres de poluição, como possuem um aumento de duas a três vezes na eficiência quando comparadas com tecnologias de combustão tradicionais (COELHO, 2016).

Essas células de combustível podem alimentar quase todos os dispositivos portáteis que normalmente usam baterias. Essas células ainda podem transportar energia para os veiculos de transporte tradicionais.

Em outras palavras, o hidrogênio pode desempenhar um papel muito importante.

As células de combustível também podem transportar energia para veículos, caminhões, ônibus e navios, além de fornecer energia auxiliar às tecnologias de transporte tradicionais. O hidrogênio pode desempenhar um papel particularmente importante no futuro, substituindo o petróleo que usamos atualmente em nossos carros e caminhões.

Considerações Finais

Diante dos desafios acredita-se que o hidrogênio será o combustível do futuro, vindo a ser produzido por meio de fontes renováveis.

Acredita-se ainda que ele também será usado como combustível para veículos com “zero-emissões” nocivas para aquecer casas e escritórios, para produzir eletricidade e como combustível de aeronaves.

eCycle (2020) destaca que no presente, a Toyota foi a primeira a projetar e lançar um carro movido à hidrogênio, mas outras empresas rapidamente chegarão com novas soluções e inovações. Um exemplo é a start-up britânica River Simple.

Outro ponto é que o hidrogênio tem um grande potencial como forma de reduzir a dependência de fontes de energia importadas, como o petróleo.

Você conhece alguma forma de usar o hidrogênio como fonte de energia? Qual? Como você acha que ele pode ser usado no dia a dia?

Fontes Consultadas:

AZEVEDO, A. Hydrogen regulation under time pressure. Florence School of Regulation – European University Institute. Energy & Climate, Gas, 2021. Disponível em: <https://bit.ly/3aQztAI>. Acesso em: 15 dez 2021.

BRASIL ESCOLA. Combustível Hidrogênio. 2021. Disponível em:<https://brasilescola.uol.com.br/quimica/combustivel-hidrogenio.htm>. Acesso em: 18 out 2021.

CAMPOS, M; LEÃO, C; AMORIM, L. O hidrogênio como fonte de energia: uma visão regulatória. 2021. Disponível em:<https://ensaioenergetico.com.br/o-hidrogenio-como-fonte-de-energia/>. Acesso em 25 nov 2021.

COELHO, A.M.Como funciona energia com hidrogênio? Vantagens e desvantagens. 2016. Disponível em:<https://www.tecnologiae.com.br/como-funciona-energia-hidrogenio-vantagens-desvantagens/>. Acesso em: 15 set 2021.

eCycle. Diferença entre hidrogênio cinza, azul e verde. 2020. Disponível em:<https://www.ecycle.com.br/hidrogenio-cinza-azul-e-verde/>. Acesso em: 29 dez 2021.

JESUS, F. Hidrogénio será o combustível do futuro energético limpo e seguro. 2019. Disponível em:<https://www.portal-energia.com/hidrogenio-combustivel-futuro-energetico-limpo-seguro-147460/>. Acesso em: 29 dez 2021.

PORTAL ENERGIA. O combustível “hidrogénio”. Revista Educação, Ciência e Tecnologia, nº 31, 2015.

SILVA, I. A.. Hidrogênio: combustível do futuro. Ensaios Cienc., Cienc. Biol. Agrar. Saúde, v.20, n.2, p. 122-126, 2016.


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Author: Émilin CS

Engenheira ambiental. Têm experiência na área de saneamento e gestão ambiental, buscando soluções usando QGIS e Bizagi. Atua na área de modelagem matemática para rompimento de barragens com software HEC-RAS.

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