Dos trens alemães para os ônibus sul-coreanos, o combustível de hidrogênio está de volta ao cenário energético

Dos trens alemães para os ônibus sul-coreanos, o combustível de hidrogênio está de volta ao cenário energético

À medida que o preço da energia renovável cai e as tecnologias de armazenamento amadurecem, o hidrogênio está atraindo uma atenção renovada.

Jorgo Chatzimarkakis estava reabastecendo seu carro de célula de combustível de hidrogênio em um dos Estações de reabastecimento 50-plus espalhados pela Alemanha quando um motorista de Tesla, que estava recarregando seu próprio carro, se aproximou.

O homem estava animado para ver um carro movido a hidrogênio em ação, e estava cheio de perguntas. Chatzimarkakis, que é secretário geral de Hidrogênio Europa, ficou feliz em respondê-las, e os dois conversaram por vários minutos.

Mas então, o carro movido a hidrogênio foi totalmente reabastecido, enquanto o motorista da Tesla ainda enfrentava uma longa espera enquanto a bateria recarregava.

"Isso é realidade", diz Chatzimarkakis. “Hoje as estações de abastecimento estão prontas, o carro está pronto, posso planejar minha viagem da Suíça para a Dinamarca e para a Noruega sem problemas.”

A visão de um mundo movido a hidrogênio teve mais quase falhas do que Wile E. Coyote. Em 1923, o geneticista britânico JBS Haldane imaginou um rede de moinhos geradores de hidrogênio alimentando a Grã-Bretanha, mas nada resultou disso. Em 1970, o eletroquímico John Bockris, nascido na África do Sul, usou pela primeira vez o termo “economia do hidrogênio” em um discurso, e depois publicou um livro descrevendo o que um mundo movido a hidrogênio solar pode parecer. Mas, novamente, nada mudou. Em 2002, o teórico econômico e social americano Jeremy Rifkin argumentou que o hidrogênio poderia substituir o petróleo e que o futuro da energia estava em células de combustível movidas a hidrogênio.

Mas a indústria não estava pronta, diz Chatzimarkakis. "Foi realmente muito válido, o que Jeremy Rifkin disse, mas políticos e jornalistas, eles sempre querem ver a prova", diz ele. "E naquela época estava muito longe de ser realizado porque a pesquisa não era avançada o suficiente."

O hidrogênio vem da idade

Talvez, finalmente, o momento do hidrogênio tenha chegado.

O Japão está planejando usar os Jogos Olímpicos de Tóquio 2020 para mostrar sua visão para uma sociedade de hidrogênio e investiu US $ 348 milhões no estabelecimento de estações de reabastecimento de hidrogênio e outras infraestruturas. Alemanha lançou o primeiro do mundo trens movidos a hidrogênio para complementar um número crescente de estações de reabastecimento de hidrogênio em todo o país. Suíça é compra de caminhões movidos a hidrogênio 1,000, A Noruega teve estações de reabastecimento de hidrogênio desde 2006, e Coréia do Sul é investindo US $ 2.33 bilhões nos próximos cinco anos criar estações de reabastecimento de hidrogênio, fábricas de veículos de célula de combustível, ônibus de célula de combustível e sistemas de armazenamento de hidrogênio. E a Austrália viu tanto a sua agência nacional de ciência CSIRO e cientista-chefe Alan Finkel relatar separadamente suas visões para uma nação movida a hidrogênio e uma indústria de exportação.

O Coradia iLint começou a fornecer transporte de massa movido a hidrogênio na Alemanha em 2018. (Combustível de hidrogênio está de volta no quadro de energia)
O Coradia iLint começou a fornecer transporte de massa movido a hidrogênio na Alemanha em 2018.
Foto cedida pela Alstom | R Frampe

No coração da economia do hidrogênio está o uso de eletricidade de fontes renováveis, como a solar, eólica e hidrelétrica, para dividir a água em oxigênio e hidrogênio - um processo chamado eletrólise. Esse “hidrogênio verde” pode então ser usado em células de combustível para gerar eletricidade, e as células de combustível podem ser usadas individualmente para conduzir veículos ou em pilhas para suportar ou até mesmo alimentar uma rede. O melhor de tudo, o escape gerado pelas células de combustível de hidrogênio é a água, que um dia pode ser recapturada e reciclada para eletrólise novamente.

Economia e Clima

Então, o que mudou para finalmente trazer o hidrogênio à vanguarda dos planos globais de energia? Jenny Hayward, pesquisadora sênior do CSIRO e co-autora de seu Mapa Nacional do Hidrogênio 2018, diz economia mais favorável têm desempenhado um papel significativo.

"Você tem produção caindo no custo, mas também você tem a utilização de baixo custo", diz Hayward. Não apenas o preço da eletricidade a partir da energia solar fotovoltaica e do vento diminuiu drasticamente, mas as tecnologias de eletrolisadores também se tornaram muito mais baratas, de maior escala e mais eficientes. Ao mesmo tempo, as células a combustível de hidrogênio também estão melhorando tanto em eficiência quanto em custo, diz ela.

Clique para ver um infográfico do Departamento de Energia dos EUA sobre combustíveis de hidrogênio. (Combustível de hidrogênio está de volta no infográfico de imagem de energia)
Clique para ver um infográfico do Departamento de Energia dos EUA sobre combustíveis de hidrogênio.

Outro grande impulsionador é a crescente urgência por reduções substanciais de emissões de gases de efeito estufa, diz John Andrews, especialista em energia sustentável e professor da RMIT University em Melbourne, Austrália.

"É tão importante manter a sua introdução ligada a ser parte da solução de combater as alterações climáticas", diz Andrews. “Não é apenas uma questão de obter um combustível alternativo; é uma questão de obter um sistema de combustível e energia de emissão zero. ”

O avanço da adaptação do hidrogênio como combustível não tem sido fácil. Apesar da busca centenária por uma economia de hidrogênio, tem havido alguns desafios tecnológicos significativos a serem superados para chegar a esse ponto - e ainda é cedo.

Resolvendo o problema de armazenamento

Uma questão fundamental no uso de hidrogênio para transporte tem sido armazenamento. Só recentemente foi possível comprimir hidrogênio em um contêiner pequeno o suficiente e leve o suficiente para caber na traseira de um veículo de passageiros, enquanto ainda contém energia suficiente para abastecer aquele carro por pelo menos 300 milhas.

"Sempre foi pensado que seria muito difícil conseguir um armazenamento de hidrogênio que pudesse superar os alvos do Departamento de Energia dos Estados Unidos para uso com carros com células de combustível a hidrogênio", diz Andrews. Então veio o desenvolvimento de um tanque de hidrogênio de alta pressão feita de compostos avançados, que foram capazes de atender e até mesmo exceder os requisitos.

O armazenamento de combustível tem sido um grande desafio para o transporte movido a hidrogênio. (Combustível de hidrogênio está de volta no quadro de energia)
O armazenamento de combustível tem sido um grande desafio para o transporte movido a hidrogênio. Melhorias recentes ampliaram a gama de veículos de passageiros para mais de 300 milhas por preenchimento.
Foto © iStockphoto.com/Tramino

“Eu acho que as pessoas sentam e dizem sim, é possível ter uma forma de armazenamento que pode ser usada para transportar hidrogênio a bordo de um veículo e dar um alcance comparável aos carros convencionais e ter um tempo de recarga - isso é crítico vantagem do hidrogênio - de apenas alguns minutos ”, diz ele.

Os veículos movidos a célula de combustível de hidrogênio agora correspondem ou até excedem a gama de veículos convencionais a gasolina ou diesel; Toyota afirma que seu Mirai recebe em torno de 312 milhas de um tanque de hidrogênio. Isso os torna uma perspectiva muito mais atraente para viagens de longa distância do que um veículo movido a bateria elétrica.

Isso também os torna uma opção viável para veículos mais trabalhadores, diz Lisa Ruf, coordenadora de Mobilidade do hidrogênio Europa e principal consultor da Element Energy no Reino Unido.

“Nas operações para caminhões, para táxis, para serviços de atendimento a emergências, é preciso ter o alcance e o tempo de reabastecimento que é semelhante aos veículos convencionais”, diz ela, citando o caso da empresa. Polícia Metropolitana de Londres, que este ano adquiriu carros de célula de combustível de hidrogênio 11.

Alimentando a Grade

O hidrogênio também está sendo explorado como uma maneira de ajudar a manter a estabilidade de uma rede de energia renovável, de acordo com Morry Markowitz, presidente da Associação de Células a Combustível e Hidrogênio nos EUA

"Como o sol não brilha o tempo todo e o vento não sopra, as energias renováveis ​​têm um problema de intermitência, então você precisa ser capaz de encontrar uma maneira eficaz de armazenar os elétrons que estão sendo criados", diz ele. O excesso de eletricidade pode ser usado para energizar a eletrólise e gerar hidrogênio que pode ser usado em veículos com células de combustível ou células de combustível estacionárias, ou armazenado para transporte.

Esse cenário é particularmente atraente para áreas remotas, como cidades do interior da Austrália que, de outra forma, dependem de geradores a diesel. Ligar as cidades usando uma combinação de energias renováveis ​​e armazenamento de hidrogênio pode em breve tornar-se econômico, especialmente com o aumento do preço do diesel, diz Hayward.

As empresas de gás também estão de olho no hidrogênio como uma alternativa potencial ao gás natural, que poderia fazer uso da infraestrutura existente. “Isso seria fantástico; então eles não estão confiando em caminhões que entram com diesel, eles só precisam de seus renováveis ​​”, diz ela. "Eles poderiam ter um sistema onde eles têm uma célula de combustível e eles recuperam a água, então é um sistema autônomo."

As empresas de gás também estão de olho no hidrogênio como uma alternativa potencial ao gás natural, que poderia fazer uso da infraestrutura existente.

"Particularmente, se formos para metas de redução de emissões, eles terão toda essa infra-estrutura de gás que não está sendo usada", diz Hayward. "O interessante é que nas redes de distribuição de gás, se elas são feitas de tubos de PVC, você pode ter 100 por cento de hidrogênio, embora aparelhos e medidores precisem ser trocados."

O Efeito Hindenburg

É impossível falar de hidrogênio sem abordar o dirigível na sala, o que Markowitz chama de “efeito Hindenburg”. O espetacular inferno alimentado por hidrogênio que foi o desastre do dirigível de Hindenburg em Nova Jersey em 1937 ainda assombra a indústria do hidrogênio, e a questão da A inflamabilidade do hidrogênio e preocupações de segurança são inevitavelmente levantadas nas discussões sobre a economia do hidrogênio.

Mas Markowitz diz que a tecnologia de hidrogênio hoje está muito avançada em relação à tecnologia de hidrogênio daquela época.

"Materiais avançados como tanques de fibra de carbono, sensores, computadores e outras coisas melhoraram tão drasticamente ... a segurança para o hidrogênio não deve ser um problema", diz ele. “No setor de transportes e outras áreas, os veículos movidos a hidrogênio atendem ou superam qualquer coisa que esteja na estrada hoje”.

Há também preocupações de que o aumento da absorção de hidrogênio possa afetar a camada de ozônio. UMA Estudo 2003 Sugeriu que, se toda a geração de energia de combustível fóssil fosse substituída por hidrogênio, o vazamento do gás na atmosfera poderia reagir com o oxigênio para formar vapor de água que poderia perturbar a camada de ozônio em uma quantidade significativa.

Outra crítica freqüentemente feita de hidrogênio é que uma quantidade significativa ainda é produzido usando combustíveis fósseis. Nos Estados Unidos, a maior parte do hidrogênio é produzida através de um processo chamado reforma de gás natural, em que o gás natural é reagido com vapor de alta temperatura para produzir hidrogênio, monóxido de carbono e uma pequena quantidade de dióxido de carbono. Também pode ser feito por carvão gaseificador marrom, que também resulta em CO2 produção.

"Se você seguir qualquer uma dessas rotas para obter hidrogênio, existem algumas emissões de dióxido de carbono que vêm dessas rotas, então a única maneira de fazer essa emissão zero é juntá-la à captura e armazenamento de carbono", diz Andrews. "E ainda é uma grande questão se isso pode ser viável, se vai ser seguro e se podemos manter esse dióxido de carbono por milhares de anos sob o solo e se pode ser econômico".

Abordagem Medida

Há um senso de urgência nas discussões sobre o hidrogênio, refletindo o reconhecimento generalizado de que há uma necessidade de descarbonizar o transporte, diz Ruf. Ela argumenta que, embora haja uma gama de soluções em cima da mesa, o hidrogênio é capaz de resolver problemas que outras tecnologias não podem fazer tão facilmente ou com boa relação custo-benefício.

Mas enquanto há muito entusiasmo sobre o potencial do hidrogênio, Ruf também aconselha uma abordagem ponderada.

“O problema que temos como um setor para apoiar a tecnologia de células de combustível de hidrogênio é que temos que ter cuidado com o hype e temos que ser capazes de gerenciar as expectativas”, diz ela. “É algo que leva tempo e investimento. Isso não vai acontecer da noite para o dia, mas no longo prazo é uma solução muito boa ”. Ver página da Ensia

Este artigo foi publicado originalmente em Ensia

Sobre o autor

Bianca Nogrady é uma jornalista científica independente que ainda não encontrou uma pesquisa que não acha fascinante. Ela escreve para uma variedade de lojas, incluindo Natureza, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future e a Australian Broadcasting Corporation. twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Nota do editor: O autor fez contrato por escrito para CSIRO no passado, embora não relacionado ao combustível de hidrogênio.

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