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Grandes esperanças para o hidrogênio - Um olhar sobre tecnologias futuras

Qual é o papel do hidrogênio no projeto de logística sem emissões de gases de efeito estufa? Uma verificação na fonte de energia H2.

O recurso “Do laboratório do futuro” apresenta as descobertas da divisão de Pesquisa e Desenvolvimento Corporativo, que trabalha em estreita colaboração com vários departamentos e filiais, bem como o DACHSER Enterprise Lab no Fraunhofer IML e outros parceiros de pesquisa e tecnologia.

Transporte e logística têm grandes esperanças de usar hidrogênio (H2) como combustível, esperanças que são inteiramente justificadas. É o elemento químico mais comum no universo e o único a oferecer três opções que sustentam a proteção climática - mesmo que ainda haja uma série de obstáculos a superar.

Primeiro, esse gás volátil pode ser produzido enquanto gera zero emissões locais. Em um processo chamado eletrólise, uma corrente elétrica é aplicada à água (H2O), dividindo-a em oxigênio e hidrogênio. Desde que a eletricidade venha de uma fonte renovável, como energia solar, eólica ou hidrelétrica, esse processo pode ser considerado favorável ao clima.

Como a eletrólise consome quase um terço a mais de energia do que o hidrogênio que produz, um desafio básico a ser superado no caminho para uma economia de hidrogênio sustentável será fornecer eletricidade verde suficiente e acessível.

Um aspecto frequentemente esquecido é que, no momento, a eletrólise ainda requer água doce com a pureza da água potável - e quase dez litros por quilograma de hidrogênio. Isso significa que regiões áridas com abundância de sol - o que as coloca em funcionamento para se tornarem centros-chave de produção de H2 - também teriam que investir na dessalinização da água do mar.

Em segundo lugar, tantas esperanças estão depositadas no hidrogênio porque ele é o bloco de construção de todos os combustíveis sintéticos, também chamados de combustíveis sintéticos, combustíveis energéticos, combustíveis de energia para líquido ou combustíveis de energia para gás. O primeiro elemento da tabela periódica pode se ligar ao carbono e ao oxigênio para formar uma variedade de cadeias de hidrocarbonetos, incluindo metano, metanol, diesel e querosene. O desafio aqui é que esses processos também consomem muita energia.

O que muitas vezes é esquecido é que esses combustíveis requerem não apenas hidrogênio verde, mas também dióxido de carbono, que deve primeiro ser extraído da atmosfera. Somente se isso for feito sem produzir quaisquer emissões, o combustível sintético resultante é neutro para o clima. Dependendo da potência do combustível, apenas 40 a 60 por cento da energia presente na energia renovável usada no início da cadeia de processo é transportada. É por isso que esses processos são frequentemente considerados antieconômicos. Mas os combustíveis sintéticos são uma opção que vale a pena sempre que a eletricidade ou o hidrogênio não podem ser usados ​​para alimentar motores ou transportar energia diretamente, por exemplo, em aplicações marítimas e de aviação.

H2 como o "motor" da célula de combustível

Terceiro, e mais importante, H2 é uma parte fundamental da solução porque pode ser convertido de volta em eletricidade sem emitir gases de efeito estufa ou poluentes atmosféricos. É o que acontece dentro de uma célula a combustível e pode ser considerado a contrapartida da eletrólise. Como parte do que é conhecido como reação redox, os elétrons passam do hidrogênio para o oxigênio atmosférico. Isso produz eletricidade que pode ser usada para alimentar motores ou carregar baterias. Os únicos “resíduos” são vapor limpo e calor. Os veículos comerciais usam células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM), que têm se mostrado altamente eficientes. As simulações da Dachser indicaram que um caminhão com carroceria móvel PEMFC consumiria pouco menos de dez quilos de H2 por 100 quilômetros.

Apesar dos resultados positivos iniciais com o protótipo PEM e os caminhões para lotes pequenos, ainda existem vários detalhes a serem resolvidos antes que esse tipo de célula a combustível realmente se torne uma opção prática. Por exemplo, tanto o hidrogênio combustível quanto o oxigênio atmosférico aspirados devem ser extremamente puros para evitar que os componentes sensíveis da célula de combustível sejam contaminados muito rapidamente e comprometam a vida útil do sistema. Junto com a cara tecnologia de filtragem de ar, isso exige que as montadoras usem H2 5.0, o que significa que o hidrogênio deve ter uma pureza certificada de pelo menos 99,999% - um pedido difícil para o sistema de abastecimento de H2 em geral.

Outro desafio é determinar a melhor forma de armazenar o hidrogênio no caminhão. Deve ser em tanques pressurizados a 350 bar, como é comum nos ônibus de hoje? Ou liquefeito a temperaturas extremamente baixas, como gás natural liquefeito (GNL)? Os fabricantes estão adotando abordagens diferentes, mas espera-se que, onde quer que a maximização da capacidade de armazenamento e do alcance sejam os fatores decisivos, um tanque contendo H2 líquido frio provavelmente será a melhor opção.

Resumindo: o hidrogênio tem potencial para se estabelecer ao lado do uso direto de energia renovável como tecnologia decisiva para transporte e logística. Se conseguirá ou não atender às altas expectativas que lhe são colocadas, ficará claro antes do final desta década. Mais e mais fabricantes de veículos comerciais estão se preparando para transformar esta tecnologia do futuro em uma inovação em proteção climática e logística.

Contato Thais Meroni