A ELETRICIDADE É SEM DUVIDA A ENERGIA LIMPA POR EXCELÊNCIA, NO LIMITE TUDO É FEITO DE ENERGIA, MAS A PRODUÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA É ONDE O DEBATE SERÁ AINDA MUITO LONGO E AQUI CABE A SEGUINTE PERGUNTA. SERÁ O HIDROGÉNIO O FUTURO ENERGÉTICO DA HUMANIDADE?
Antes de responder…
As reservas de petróleo e de gás natural, fontes primárias dos actuais combustíveis fósseis, não durarão para sempre! Os stocks são finitos e, apesar de haver alguma discordância nos dados disponíveis, segundo o último relatório “Statistical Review of World Energy” elaborado pela BP, estima-se que as reservas conhecidas se esgotem em cerca de 50 anos, se mantivermos o ritmo actual de consumo.
A poluição diretamente ligada à actividade humana está a afetar de forma evidente o meio ambiente, a nossa saúde e, consequentemente, nossa qualidade de vida.
O tema das alterações climáticas impulsiona os governos de todo o mundo, cientistas e empresas privadas a procurar fontes energéticas alternativas que sejam mais limpas, mais sustentáveis e mais eficientes, como resposta à crescente procura energética (sob as mais variadas formas) que aumenta a ritmo constante nos últimos anos, a uma taxa média superior a 2%!
As razões apontadas são o gradual crescimento económico, aumento da população mundial e o aumento do consumo por parte dos países emergentes, nomeadamente, China e Índia, entre outros.
Dos países desenvolvidos, os Estados Unidos fazem jus à fama “à grande e à americana” e têm verificado um acréscimo de consumo de cerca de 3,5%. A Europa, por outro lado, tem adoptado com sucesso medidas que levaram a um decréscimo do consumo médio energético, mesmo que residual, em cerca de -1% anualmente.
Para fazer face a esta crescente procura energética, as soluções avançadas têm sido diversas e, por vezes, não consensuais. Há países a apostar na energia nuclear e a impulsionar a construção de novas centrais, outros que continuam a apostar nos combustíveis fósseis, mas, felizmente, as energias renováveis reúnem o maior consenso como aposta futura.
Estas últimas, como a solar, a eólica e a hídrica têm evidentes vantagens mas têm também um inegável “Calcanhar de Aquiles”… Só estão disponíveis de forma intermitente, dependendo das condições meteorológicas e a acumulação da energia eléctrica resultante, para reserva, é difícil. As baterias adoptadas são pouco eficientes, volumosas, pesadas e dispendiosas.
Não há actualmente uma voz uníssona sobre a melhor alternativa. Não obstante, no cardápio das fontes energéticas há uma que sobressai pelo facto de ser abundante, versátil e potencialmente gratuita… o hidrogénio.
O hidrogénio, que na realidade, não é uma fonte energética mas uma forma de acumulação de energia, é nesse sentido, um possível e provável concorrente às baterias.
E, tal como o petróleo, o hidrogénio é também matéria-prima e tem um papel importante na indústria química, petrolífera, alimentar, espacial, etc..
Sendo o elemento mais abundante do universo, representando cerca de 75% da massa elementar, o hidrogénio só poderá ser usado sob a sua forma molecular H2. Pode ser obtido de diversas formas, umas mais interessantes que outras, subentenda-se, do ponto de vista energético, ecológico e financeiro. Hoje, a quase totalidade do hidrogénio é produzida a partir do gás natural e de processos industriais, método pouco eficaz e deveras poluente.
Investigadores universitários, um pouco por todo o mundo, estão a tentar desenvolver métodos mais eficientes para a sua produção.
Nos Estados Unidos, as universidades de Penn State e Virginia, descobriram como produzir hidrogénio mergulhando aglomerados de átomos de alumínio em água, que ao reagirem, quebram as moléculas da água, produzindo hidrogénio e oxigénio.
O método mais promissor da produção de hidrogénio e que pode fomentar novas oportunidades para a captura de energia renovável, é a electrólise da água.
Num artigo publicado recentemente na revista Nature Communications, cientistas da Universidade de Glasgow, do Reino Unido e da Universidade de Lisboa, Portugal, descrevem um processo referente ao pulsar de corrente eléctrica sobre um catalisador sólido, que permite quase duplicar a quantidade de hidrogénio gasoso produzida, por milivolt de eletricidade.
A grande vantagem é que a eletrólise da água pode ser realizada com recurso a electricidade produzida por energias renováveis, como a solar e a eólica e, nesse sentido, poderá ser limpa, 100% sustentável e potencialmente gratuita.
Após a sua produção, o H2 pode ser armazenado sob forma líquida, localmente, em reservatórios pressurizados, construídos para o efeito, ou ser transportado recorrendo à já existente rede logística de distribuição de combustíveis ou mesmo utilizando as actuais redes de gás natural.
Colocado à disposição do consumidor final, o hidrogénio resultante terá de ser convertido em energia utilizável, nomeadamente, eléctrica.
Para tal, recorre-se às fuel cell (células de energia). Resumidamente, são dispositivos electroquímicos que permitem, através de uma reacção química, a produção de energia eléctrica ao combinar o hidrogénio H2 com o oxigénio O2 atmosférico. Como resultado, obtém-se energia eléctrica limpa e, ao contrário da combustão convencional de combustíveis fósseis, o único subproduto produzido é vapor de água, isento de óxidos de carbono (COx) , óxidos de enxofre (SOx), óxidos de azoto (NOx), compostos orgânicos voláteis (COV), partículas finas, etc.. Verdadeiramente… Limpo!
As actuais fuel cell são versões desenvolvidas a partir do conceito inicial datado de 1839 desenvolvido pelo físico-químico escocês Sir Williams Grove, que conseguiu pôr em prática o princípio teórico do químico Sir Humphry Davy, apresentado em 1801.
Estes quase dois séculos de evolução e refinação tecnológica permitiram que atualmente as fuel cell sejam dispositivos estáveis, compactos e leves, permitindo a utilização em diversos meios de transporte como automóveis, autocarros, camiões, barcos, etc. e em diversas aplicações Industriais como geradores eléctricos (primários ou de backup).
A sua penetração no mercado actual depende da capacidade e vontade de investimento nas redes de produção, logística e abastecimento ao consumidor final. Para ser solução, o hidrogénio terá de estar disponível a um custo reduzido, quando comparado com outras alternativas.
Vários países estão na vanguarda tecnológica, sendo o Japão, pela Toyota, um dos precursores no ramo automóvel. Quem não conhece o Mirai?
A Coreia do Sul está a seguir os passos e a gigante Hyundai/Kia tem tido um papel activo na democratização das fuel cell no ramo automóvel. Na Europa, por exemplo, a Mercedes juntou-se à lista dos fabricantes automóveis apostados em tornar os FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles) numa solução viável, credível e acessível, para um futuro de mobilidade mais limpo.
Na Holanda, concretamente, em Amesterdão, um projecto piloto H2SHIPS, de cerca de 6,33M€, será lançado brevemente para colocar em serviço um barco alimentado por fuel cell para transporte de passageiros nos canais urbanos da cidade. Caso se verifique a eficácia desejada, prevê-se a construção de mais 58 barcos, até 2032.
A elevada densidade energética gravimétrica do hidrogénio, que é, resumidamente, a quantidade de energia armazenada por quilograma de matéria, é uma clara vantagem sobre outras formas de acumulação de energia.
O hidrogénio tem uma densidade energética de cerca de 40.000 Wh/kg, a gasolina cerca de 12.500 Wh/kg e, a título de curiosidade, as baterias do mais conceituado fabricante de carros eléctricos a bateria, vulgo BEV (Battery Electic Vehicles) é 250 Wh/kg.
Ou seja, o hidrogénio tem uma densidade energética de cerca de 3 vezes superior à gasolina e cerca de 200 vezes superior à das melhores baterias atualmente no mercado.
Esta capacidade intrínseca de armazenar energia torna o hidrogénio na forma ideal para alimentar, entre outros equipamentos, automóveis, autocarros, camiões, comboios ou barcos, sem ser necessária uma radical alteração do paradigma actual da tecnologia, bastando adaptar os novos componentes associados às fuel cell à arquitetura dos equipamentos já existentes no mercado.
Hoje, o custo de produção e, por conseguinte, de aquisição, sem ter em consideração eventuais benefícios fiscais, de um veiculo “convencional”, equipado com motor de combustão, ou ICEV (Internal Combustion Engine Vehicle), é substancialmente inferior ao dos mais directos concorrentes BEV ou FCEV.
Para veículos equivalentes, um BEV será cerca de 40 a 50% mais caro que um ICEV. E um FCEV será cerca de 40 a 50% mais caro que um BEV.
Se a construção do carro em si (estrutura, carroçaria, interiores, etc.) tem custos semelhantes, o custo extra de um BEV deve-se essencialmente ao custo das baterias e componentes associados.
Já o elevado custo de um FCEV é devido à fuel cell, que custa cerca de 20.000€, como é o caso do Toyota Mirai. Segundo um relatório da Strategic Analysis Inc., a elevada quantidade de materiais nobres como a platina, o titânio e a fibra de carbono presentes na fuel cell e a quantidade de mão de obra necessária para a sua construção (entre outros factores) explicam o elevado custo final de produção.
Estes valores tenderão a baixar consideravelmente caso se ultrapasse a produção de 3000 unidades/ano.
Para ter uma ideia clara, um sedan de gama média, versão ICEV custará 25.000€, um BEV cerca de 35.000€ e um FCEV cerca de 50.000€.
Comparando os custos operacionais, a lógica difere ligeiramente, sendo o FCEV o mais caro a utilizar, cerca de 2 vezes mais que um ICE e umas impressionantes 4 vezes mais que um BEV, sem dúvida o que apresenta menores custos.
Estes dados dependem muito do país onde o estudo comparativo é realizado pois os preços da gasolina, da electricidade e do hidrogénio flutuam bastante de mercado para mercado. Independentemente de eventuais flutuações, esta lógica é constante.
Vários estudos oficiais foram realizados, por exemplo, pelo US Department of Energy (DOE), Fuel Cell Technologies Office (FCTO) a validar estes dados. Constatam, não obstante, uma tendência de aproximação dos custos entre os BEV e os FCEV.
A Ballard Power Systems juntamente com a Deloitte China publicaram recentemente o relatório “Fueling the Future of Mobility” que estima que dentro de 10 anos os custos operacionais de um FCEV sejam inferiores aos de um ICEV e mesmo de um BEV, previsão validada também pelo “McKinsey Study” publicado pelo Hydrogen Council.
Evidentemente, estas previsões dependem de vários factores sendo o essencial o scaling up, ou seja, aumento considerável de fuel cell vendidas e aumento considerável de consumo de H2, de forma a baixar os custos.
Do ponto de vista técnico, comparando as 2 tecnologias de motorização eléctrica, um BEV tem uma construção mais simples, com menos componentes. As baterias, quando comparadas às fuel cell, tem um fabrico mais fácil e generalizado, acessível a inúmeros fabricantes.
Um FCEV é mais complexo. Tem mais componentes e as fuel cell são uma tecnologia muito mais cara e mais restrita, apenas ao alcance de cerca de uma vintena de fabricantes mundiais, actualmente.
O hidrogénio é, inequivocamente, mais eficaz, mais versátil e, como tal, está para ficar!
Não há dúvida que sendo implementada e democratizada, a tecnologia fuel cell permitirá viajar mais longe com mais carga de forma mais eficiente e produtiva com menores custos de operação, respeitando as cada vez mais exigentes e limitadoras leis ambientais, visto que os FCEV tem, ao longo do ciclo de vida, menores emissões de gases com efeito de estufa, de acordo, por exemplo, com o estudo realizado pelo Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE.
Irá aumentar a nossa capacidade de contribuir para um futuro mais limpo e sustentável sem que isso obrigue a um retrocesso civilizacional.
Estas claras vantagens têm impulsionado o mercado das fuel cell e a taxa anual de crescimento composta (CAGR) prevista para os próximos anos é de cerca de 15,5% segundo um estudo publicado pela Grand View Research, Inc., tendo em consideração as diferentes aplicações possíveis da tecnologia das fuel cell nos transportes e produção de energia, para os mercados asiático, europeu, norte-americano e resto do mundo, indo ao detalhe de ponderar os diferentes aspectos da tecnologia.
Este mesmo estudo aponta como factor limitador do crescimento das fuel cell a aposta concreta nas baterias cujos incentivos governamentais e redução constante do custo de fabrico tem potenciado a sua implementação nos diferentes mercados.
Para os defensores do hidrogénio e das fuel cell, torna-se evidente que as políticas governamentais são essenciais para apoiar a visão de que o hidrogénio é um player essencial no nosso futuro energético.
E, obviamente, para apoiar o financiamento e crescimento das diferentes tecnologias associadas à produção do hidrogénio e das fuel cell, para impulsionar, como já mencionando, o factor de escala, de forma a reduzir os custos, aspecto primordial para as incorporar e democratizar na nossa realidade.
A ver vamos o que nos reservam os tempos vindouros… mas, seguramente, o hidrogénio fará parte do futuro energético da Humanidade!
Nuno Poitout, engenheiro mecânico, escreve de acordo com a antiga ortografia.
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