Hidrogénio: um combustível amigo do ambiente?

A humanidade tem até 2050 para parar de emitir CO2, ou corremos o risco de provocar uma catástrofe ambiental sem precedentes. Isto significa que temos de repensar a forma como a sociedade opera, principalmente os combustíveis que usamos para alimentar o mundo moderno. Precisamos de energia limpa e abundante, e o hidrogénio é há muitas décadas visto por muitos como uma solução para os nossos problemas.

Mas será que é mesmo? Antes de podermos responder a esta questão temos de perceber o que é o hidrogénio concretamente e como é produzido. E quando lhe dermos a resposta, talvez fique surpreendido por saber que o hidrogénio não é o combustível verde que muitos afirmam ser. Pelo menos, não para já.

De onde vem o hidrogénio?

Apesar de ser o elemento mais abundante do Universo, não é fácil obter hidrogénio aqui na Terra. A forma mais abundante de hidrogénio no nosso planeta é a água (dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio, ou H2O). Mas também encontramos moléculas de hidrogénio nos combustíveis fósseis – razão pela qual, aliás, este tipo de combustíveis é também muitas vezes chamado de hidrocarbonetos (o hidro refere-se ao hidrogénio).

Portanto, antes de podermos usar o hidrogénio como fonte de energia temos de o extrair de outros elementos. Neste momento, 95% do hidrogénio mundial é produzido através de um processo chamado steam reforming, ou conversão a vapor de combustíveis fósseis, um processo muito intensivo do ponto de vista energético, através do qual se extrai hidrogénio de um combustível fóssil. O gás natural é o combustível mais usado neste processo por ser o mais barato. Além da energia envolvida no processo, esta técnica tem outra grande desvantagem: produz dióxido de carbono (CO2). Muito dióxido de carbono. Dependendo do processo usado, são geradas entre 9 a 12 toneladas de CO2, por cada tonelada de hidrogénio produzido. E o CO2 é exatamente o gás com efeito de estufa que temos de parar de emitir nos próximos anos, para evitar uma catástrofe ambiental.

O hidrogénio também pode ser produzido a partir de eletrólise. Esta técnica usa eletricidade para separar os átomos de hidrogénio e de oxigénio da água, para produzir hidrogénio. Se for usada energia renovável neste processo, este tipo de produção de hidrogénio é completamente isento de emissões de CO2.

Veículos movidos a hidrogénio

Há quem julgue que os carros a hidrogénio são o futuro porque é muito mais rápido abastecer um destes veículos do que um carro elétrico. A Toyota tem sido particularmente resistente à ideia de criar veículos totalmente elétricos, e continua a investir nos carros a hidrogénio.

Bom, o primeiro grande problema dos carros a hidrogénio é que, como vimos, a produção deste elemento produz grandes quantidades de CO2. 

Mas, contrapõem alguns de vocês, então e a eletrólise? E se produzissemos hidrogénio desta forma? Não era uma energia limpa?

Sim, era, mas os veículos a hidrogénio são extremamente ineficientes, e esta seria uma forma cara de desperdiçar energia. 

Os veículos a hidrogénio são muito semelhantes aos veículos elétricos (VEs). A diferença entre ambos, é que os primeiros obtêm a eletricidade de que precisam para funcionar a partir do hidrogénio, enquanto os segundos são alimentados diretamente pela rede elétrica.

O Toyota Mirai, um dos poucos carros a hidrogénio comercializados no mundo.

Passemos a explicar.

Os VEs têm dois componentes responsáveis pela propulsão: a bateria e o motor elétrico. A bateria armazena eletricidade da rede elétrica, para mais tarde a disponibilizar ao motor e fazer o veículo andar. Portanto, podemos pensar na bateria como o “tanque” de combustível de um carro elétrico. Para “reabastecer” um VE basta ligá-lo a uma tomada elétrica para recarregar a bateria, tal como fazemos a um smartphone.

Um carro a hidrogénio (vamos chamar-lhe FCEV, de fuell cell EV) é mais complexo: inclui um tanque para armazenar o hidrogénio, uma pilha de combustível para transformar o hidrogénio em eletricidade, uma bateria para armazenar eletricidade e um motor elétrico para fazer o veículo andar. O hidrogénio que colocamos no tanque de combustível é usado pela pilha de combustível para transformar o hidrogénio em eletricidade, através de uma reação química. Essa eletricidade é usada para mover o carro, sendo que o excesso de energia é armazenado na bateria, mais pequena do que a de um EV puro. 

Portanto, tanto um EV como um FCEV são veículos elétricos. A diferença está na forma como obtêm a energia.

Grande desperdício

Apesar de ambos os tipos de veículos serem, no fundo, veículos elétricos, os FCEV são muito mais ineficientes. A eficiência energética refere-se à quantidade de energia que é realmente usada para fazer andar o carro. Por exemplo, se o carro for 100% eficiente, isto quer dizer que toda a energia disponível é usada para o fazer andar. No mundo real, contudo, isto não é possível porque as leis da física não o permitem.

Os carros a hidrogénio têm uma eficiência muito baixa, que anda na casa dos 20%. Este valor é muito semelhante à eficiência dos motores a gasolina e significa que apenas cerca de 20% da energia do hidrogénio é realmente usada para fazer mover o carro. Os restantes 80% são perdidos para o ciclo de vida do hidrogénio, que é bastante intensivo em termos energéticos. Se voltarmos atrás ao início do artigo, percebemos o porquê: em primeiro lugar, temos de gastar energia para produzir hidrogénio, seja através da conversão a vapor de gás natural, seja através da eletrólise. Depois, é preciso gastar mais energia para comprimir o hidrogénio até formar um líquido, porque, na sua forma natural, o hidrogénio é um gás e não tem utilidade. A seguir, este hidrogénio líquido tem de ser transportado até às bombas de combustível, de onde segue, depois, para os depósitos dos veículos. Aqui, o hidrogénio é finalmente usado para gerar eletricidade, que depois serve para alimentar o motor elétrico do veículo.

Todos estes passos gastam energia que não é diretamente aproveitada pelo carro e explicam a grande ineficiência do hidrogénio enquanto combustível. Para quê gastar eletricidade a produzir hidrogénio que, depois vai ser novamente convertido em eletricidade no carro FCEV, se podemos carregar diretamente uma bateria?

Os carros elétricos são mais eficientes a usar energia do que um veículo a hidrogénio.

Se olharmos para as ineficiências de um carro elétrico, as perdas de energia são muito menores: temos as perdas dos cabos de alta tensão entre a central energética e a nossa tomada. Depois, temos as perdas que ocorrem ao converter a corrente alternada (AC) da rede pública para corrente contínua (DC) que a bateria usa. A seguir, é novamente necessário converter a energia DC da bateria para energia AC, porque é esta a forma de eletricidade que o motor elétrico usa. Mas, tudo somado, e ainda assim o pior dos carros elétricos tem uma eficiência de 73% segundo a Transport & Environment, um valor muito acima de qualquer carro a hidrogénio. A EPA dos Estados Unidos apresenta um valor inferior de eficiência, entre os 59% e os 62%, que ainda assim continuam a ser valores muito acima dos conseguidos com o hidrogénio.

Mas então, para que serve o hidrogénio?

É uma boa pergunta. Há várias décadas que os proponentes do hidrogénio publicitam este elemento como a melhor forma de suprir as necessidades energéticas do planeta. Mas esta ideia nunca se concretizou.

Existem alguns possíveis usos para o hidrogénio, como usá-lo para armazenar o excesso de energia produzida pelas fontes de energia renováveis. Esta solução é especialmente útil no caso das centrais fotovoltaicas, que produzem grande parte da energia exatamente quando as pessoas não estão em casa. A rede elétrica poderia, assim, usar o excesso de energia produzida e armazená-la sob forma de hidrogénio. Este hidrogénio seria, depois, usado para gerar eletricidade quando fosse necessário.

Outro potencial destino para o hidrogénio verde – ou seja, hidrogénio cuja produção não emite qualquer CO2 – são os meios de transporte pesados, como aviões e navios. Nestes casos, o hidrogénio poderia resolver o problema da falta de densidade energética das baterias modernas, que são demasiado pesadas para serem práticas em meios de transporte que precisam de muita energia devido ao seu peso. Existem alguns trabalhos neste sentido, mas ainda não há quaisquer soluções práticas

O hidrogénio só poderá vir a ter utilidade na nossa sociedade se conseguirmos justificar o desperdício energético que se dá quando usamos energia para produzir este elemento. Neste momento, a economia mundial do hidrogénio está longe de ser amiga do ambiente, e este é um elemento que não podemos considerar como solução para os nossos problemas energéticos. Pelo menos, não para já.

Márcio Florindo

Foi jornalista de tecnologia durante 15 anos e mais recentemente dedicou-se aos temas da mobilidade elétrica e energias renováveis. É apaixonado por ciência desde que se lembra.

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