Célula-combustível: porque o hidrogênio é tido como o combustível do futuro

O uso do hidrogênio como combustível está longe de ser uma novidade. Ainda assim, poucos têm a consciência de que, do ponto de vista tecnológico, está tudo pronto para que veículos movidos a hidrogênio sejam protagonistas no processo de descarbonização do setor automotivo (assim como dos demais setores).

Naturalmente, ao colocar a célula-combustível a hidrogênio como solução para descarbonização, estamos falando do chamado “hidrogênio verde”, ou seja, obtido a partir de fontes renováveis de energia. Apesar de ser abundante, este elemento não está disponível em sua forma mais pura, motivo pelo qual precisa ser extraído de diversas fontes. Um dos processos mais usados para obter o hidrogênio usa a água como “matéria-prima”, em um processo conhecido como eletrólise.

O modelo de passeio movido a partir do hidrogênio mais longevo que temos é o Toyota Mirai, produzido em série desde 2015 e hoje já disponível em sua segunda geração. A tecnologia desse veículo ilustra bem como o hidrogênio pode ser usado na prática.

O veículo conta com um tanque (no caso do Mirai são três) para ser abastecido com o hidrogênio, num processo semelhante ao abastecimento com Gás Natural Veicular (GNV). E aqui já vemos uma vantagem do hidrogênio em relação aos modelos que precisam ser recarregados na tomada, já que o processo de abastecimento dura no máximo cinco minutos, enquanto a recarga convencional de baterias dura horas.

Com o tanque cheio, o hidrogênio é levado até uma estação onde será dividido em duas moléculas pela célula-combustível, resultando em energia elétrica que será captada por um conversor que alimenta o motor elétrico. Ainda nessa estação, o oxigênio captado no ambiente se mistura às moléculas de hidrogênio, gerando vapor d'água, que será expelido pela válvula de escape. Note que neste processo não existe combustão, apenas uma reação química.

No caso do Toyota Mirai, vendido a partir de 49.500 dólares no mercado americano (o suficiente para comprar dois Corollas híbridos), a célula-combustível produz energia para alimentar um motor elétrico de 182cv de potência e 30,6kgfm de torque. Com um “tanque” de hidrogênio, a autonomia do Mirai é de 650 quilômetros. O motor também é alimentado diretamente pela bateria de 1,2 kwh, recarregada por energia cinética gerada pela desaceleração e frenagem do automóvel.

Se você se interessou por ter um modelo assim, em um segundo momento, onde a razão passa a pesar na balança, logo vai se “tocar” que por aqui não existe uma rede de postos para abastecer com hidrogênio o veículo. Então, para que essa ideia dê certo, é preciso que haja uma infraestrutura instalada.

INVESTIMENTOS Conversamos com Mônica Saraiva Panik, mentora de hidrogênio da SAE Brasil (Sociedade de Engenheiros da Mobilidade), que mora na Alemanha há 24 anos, tempo em que acompanha de perto o desenvolvimento desse setor. Para a especialista, a geração de energia pelo hidrogênio vive um momento especial. “Até 2017, o hidrogênio era visto apenas como um combustível para transporte. Porém, para cumprir as metas de descarbonização do Acordo de Paris, os agentes públicos perceberam que teriam que lançar mão de várias fontes de energia renováveis. Assim, o hidrogênio se tornou o pilar central para descarbonização”, explica Mônica.

A especialista da SAE Brasil conta que, como resposta, já em 2018 três países lançaram suas estratégias para o setor. Em 2020 foram mais nove países, e, em janeiro deste ano, mais de 30 lançaram planos para o hidrogênio. No Brasil, o assunto atraiu interesse de empresas de todo porte ao longo de 2021, mesmo ano em que o governo federal lançou seu Programa Nacional do Hidrogênio e o governo de Minas Gerais lançou o programa Minas do Hidrogênio, com foco no desenvolvimento da cadeia de hidrogênio e na exploração do potencial do estado.

POTENCIAL O Brasil tem grande potencial para produzir o hidrogênio verde em grande escala. O país é rico tanto em nas fontes do elemento (biomassa, água...), quanto em potencial energético limpo (vento, sol, água). “Do custo de produção do gás, 70% corresponde à eletricidade. Então, se tem eletricidade barata, o hidrogênio fica barato. Outra questão importante é se esta matriz elétrica é renovável, para que, além de competitivo, o hidrogênio seja 'verde'. E o Brasil tem 83,7% da matriz energética renovável”, afirma Mônica.

Países como a Alemanha, que não tem fontes renováveis, terão que importar o hidrogênio verde. Tanto que já existem investimentos bilionários em pelo menos quatro hubs de hidrogênio verde no Brasil, todos em regiões portuárias: Suape (Pernambuco), Pecém (Ceará), Açu (Rio de Janeiro) e no Rio Grande do Norte.

ETANOL Segundo Monica Panik, outra potencialidade do Brasil é a obtenção do hidrogênio por meio do etanol. Uma pesquisa da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), em parceria com a Nissan, usa um modelo e-NV200 com um tanque abastecido com etanol (que entra como fonte abundante de hidrogênio) ou etanol misturado com água. Um reformador faz a quebra dessa mistura, que se transforma em hidrogênio e dióxido de carbono (CO2).

O hidrogênio segue para a célula-combustível, que, como já vimos, é transformado em eletricidade para o motor e baterias, enquanto a água é eliminada pelo escapamento. Já o dióxido de carbono emitido na atmosfera é absorvido pelo próprio ciclo da cana-de-açúcar, gerando uma emissão neutra. De acordo com a Nissan, com 30 litros de etanol é possível rodar mais de 600 quilômetros. Uma das vantagens desse sistema é que já existe uma estrutura de produção e distribuição do etanol no país. Um desafio ainda é tornar compacto toda essa parafernália, já que até a geração do hidrogênio é realizada dentro do veículo.