o Uso Do Hidrogenio Como Fonte Energética

O USO DO HIDROGENIO COMO FONTE

ENERGÉTICA

Ana Camila Rodrigues de Oliveira (UFPB)

[email protected]

Natanna Glenda Soares Fernandes (UFPB)

[email protected]

Marcelo Aires Moreira (UFCG)

[email protected]

Ricardo Moreira da Silva (UFPB)

[email protected]

Um terremo e um tsunami causaram um acidente nuclear em

Fukushima e assim foi colocado novamente a questão da

sustentabilidade das fontes energéticas em discussão. Nessa direção o

uso do hidrogênio pode ser uma alternativa interessante por que o

processo de fusão nuclear (diferentemente da fissão) quase não polui a

natureza, tem potencial de escala de produção em massa, pode ser

estocado e transportado, entretanto ainda possui custos altíssimos.

Assim esse artigo levanta questões sobre o uso do hidrogênio. Para

atingir esse objetivo, esse artigo apresenta várias etapas do processo

de utilização, os efeitos no ser humano e na natureza e seu uso no

Brasil. Como metodologia-roteiro foi utilizado a tabela de

sustentabilidade Driving force-State-Responsive (desenvolvida pelas

nações unidas e colocada no anexos) para o levantamento das ações

ligadas a captação e uso do combustível, análise e realização da

escrita do artigo. Chega-se a conclusão que o uso do hidrogênio Assim

concluímos que o Brasil apresenta grande potencial no

desenvolvimento de tecnologias de hidrogênio podem: diminuir de

impactos ambientais na geração e utilização de energia; aumentar da

segurança energética; melhorar o aproveitamento dos recursos

naturais; desenvolver a região do uso na questão de geração de

empregos e renda e diversificar a matriz energética. Em nível mundial,

o desenvolvimento das células de hidrogênio poderá revolucionar o

uso combustível veicular alterando todo setor automobilistico.

Palavras-chaves: hidrogênio; fusão nuclear; efeito estufa

XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no

Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.



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1. Introdução

Hidrogênio, o primeiro elemento da tabela periódica, é o elemento menos complexo e o

elemento mais abundante no universo (PUSZ, 2001). O hidrogênio é um elemento-chave da

água, que abrange mais de 60% da superfície do planeta. O hidrogênio aparece em diferentes

formas de plantas, animais, seres humanos, os combustíveis fósseis, e outros compostos

químicos (SLOOP, 1978).

Esse elemento não existe na natureza no seu estado molecular. Encontra-se na composição de

algumas matérias como o gás natural (aproximadamente 95% do gás natural é constituído por

metano – CH4), a biomassa (celulosa), os hidrocarbonetos (carvão, petróleo) e a água. Todos

os métodos de produção de hidrogênio estão baseados na sua separação a partir dos materiais

que o contêm.

O hidrogênio possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro

combustível conhecido. No estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás

incolor, inodoro e insípido. O hidrogênio normalmente existe combinado com outros

elementos, como o oxigênio na água, o carbono no metano e nos demais compostos

orgânicos. Como é quimicamente muito ativo, raramente permanece puro. Quando queimado

num ambiente de oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Ainda assim, a queima

de hidrogênio produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis (LEPECKI,

2011).

Na exploração de fontes alternativas e mais sustentáveis de energia, o hidrogênio é

considerado um vetor energético viável. No futuro da economia energética o hidrogênio tem

um papel preponderante como fonte de energia limpa, para utilização em pilhas de

combustível que podem ser utilizadas na indústria automóvel, e na produção descentralizada

de energia.

Dessa forma esse combustível tem potencial para se tornar o meio mais sustentável de energia

do futuro. Esse artigo busca entender sua utilização enquanto importância, forma, agressão ao

meio ambiente, custos e uso no Brasil. Como caminho metodológico foi preenchida a tabela

DSR norteando a escrita do artigo.

2. A Utilização do Hidrogênio

Os usos atuais do hidrogênio incluem processos industriais, combustível para foguetes e

propulsão para cápsulas espaciais. Com pesquisa e desenvolvimento mais avançados, este

combustível também pode ser utilizado como uma fonte alternativa de energia para o

aquecimento e iluminação de residências, geração de eletricidade e como combustível de

automóveis (LEPECKI, 2011).

A célula a combustível (CaC) – fuel cell – é uma tecnologia que utiliza a combinação química

entre os gases oxigênio (O2) e hidrogênio (H2) para gerar energia elétrica (elétrons livres),

energia térmica (calor) e água (H2O) (GOMES, 2005).

As pilhas a combustível são dispositivos que promovem a reação de hidrogênio (H2) com

oxigênio (O2), convertendo energia química em energia elétrica e gerando como únicos

subprodutos água e calor. Como não há passagem pelo ciclo de calor, sua eficiência é superior

à eficiência dos motores de combustão interna. (BLOMEM, 1993).

O funcionamento de uma pilha a combustível é bastante semelhante ao de uma pilha comum

de lítio ou níquel-cádmio, se diferenciando apenas pelo fato de possuírem uma vida útil

teórica infinita, ou seja, enquanto uma pilha comum consome seus eletrodos durante sua



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operação, o que limita a sua vida, a pilha de hidrogênio pode, em tese, produzir energia

enquanto forem fornecidos hidrogênio e oxigênio (PAULA, 2003)

3. O processo do hidrogênio como fonte energética

Nesse item serão sumarizadas as etapas do processo de utilização do hidrogênio como fonte

energética. Trata-se de um resumo, portanto, várias lacunas podem ser encontradas por

especialistas da área, porém o objetivo é fornecer uma visão geral ao leitor de como é difícil e

custoso o trabalho com o hidrogênio com fins energético.

3.1 – Armazenamento: Descobrir uma maneira viável de armazenamento do hidrogênio é

considerado por muitos um grande desafio para facilitar o uso do hidrogênio como fonte de

energia (Crabtree et al 2004; Harris et al 2004), pois ele é o elemento mais leve da tabela

periódica, e também possui baixa densidade energética por unidade de volume.

Assim o armazenamento do hidrogênio é claramente um dos principais desafios no

desenvolvimento da economia do hidrogênio. O hidrogênio pode ser armazenado como (i) gás

pressurizado, (ii) líquido criogênico, (iii) combustível sólido como cominação de materiais

físicos ou, tais como hidretos metálicos, hidretos complexos e materiais de carbono, ou

produzidos a bordo do veículo por reforma do metanol (Ogden, 1999). Cada uma dessas

opções possui atributos atrativos e negativos (Dogan, 2006).

As tecnologias disponíveis que permitem armazenar o hidrogênio modificando o seu estado

físico da forma gasosa ou líquida para a forma pressurizado ou em tanques criogênicos. As

instalações tradicionais de armazenamento do hidrogênio são complicadas por causa de seu

baixo ponto de ebulição (-252,87 ◦C) e baixa densidade no estado gasoso (0,08988 g/l), a 1

atm. O hidrogênio líquido requer a adição de uma unidade de refrigeração para manter seu

estado criogênico (Weast, 1983), assim, há a adição de peso e custos de energia e uma

consequente perda de 40% em teor energético (Trudeau, 1999).

A alta pressão de armazenamento do gás hidrogênio é limitada pelo peso dos depósitos de

armazenamento e por causa do potencial para o desenvolvimento de vazamentos. Além disso,

o armazenamento de hidrogênio no estado líquido ou gasoso gera problemas de segurança

importante para aplicações em transportes.

O hidrogênio é produzido em usinas subterrâneas e caras que operam em taxas constantes.

Experiências mostram que instalações subterrâneas é o único tipo de tecnologia de baixo

custo disponível para armazenar gases (FORSBERG 2004, THOMPSON 1997).

Qualquer outro tipo de armazenamento de hidrogênio em larga escala é muito mais caro.

Ainda não foi identificado nenhum tipo de armazenamento de hidrogênio em pequena ou

média escala. Tanques de alta pressão e vários outros tipos de armazenamento têm custos de

armazenamento muito mais altos do que os de instalações subterrâneas.

O hidrogênio líquido pode ser armazenado em tanques criogênicos a 21,2 K à pressão

ambiente. Devido à baixa temperatura crítica de hidrogênio (33 K), na forma líquida só

podem ser armazenados em sistemas abertos, pois não há fase líquida existente acima da

temperatura crítica.

O ciclo de liquefação mais simples é o ciclo de Joule-Thompson (ciclo Linde). O gás é

primeiro comprimido e depois resfriado em um dispositivo antes de passar através de uma

válvula de borboleta, onde ele sofre uma expansão de Joule-Thomson isenthalpic, produzindo

um pouco de líquido. (FLYNN, 1992). O ciclo de Joule-Thompson trabalha para gases, como

nitrogênio. Para o hidrogênio esfriar a expansão, sua temperatura deve estar abaixo de

temperatura 202 K. O hidrogênio é normalmente pré-resfriada com nitrogênio líquido (78 K).



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A grande quantidade de energia necessária para a liquefação e a contínua ebulição do

hidrogênio limita o possível uso de sistemas de armazenamento de hidrogênio líquido para

aplicações onde o custo do hidrogênio não é um problema e que o gás é consumido em um

curto espaço de tempo. Entretanto, o hidrogênio não pode ser armazenado no estado líquido

indefinidamente. Todos os tanques, mesmo aqueles com excelente isolamento, permitem a

troca de calor com os ambientes externos. A taxa de transferência de calor depende do

desenho e tamanho do tanque - neste caso, quanto maior o tanque, melhor.

Outra forma de armazenamento é através da composição com metais, os hidretos metálicos.

Esses podem absorver hidrogênio pressurizado e depois libertá-lo em ambiente de menor

pressão ou por aplicação de calor. Alguns destes materiais, como compostos de ferro-titânio

ou de lantânio-niquel e algumas ligas à base de magnésio podem guardar mais hidrogênio

atômico que o equivalente contentor criogênico do mesmo volume, sem a necessidade de

refrigerá-lo (SCHLAPBACH, 2001; ZÜTTEL, 2008)

Já estão disponíveis alguns hidretos metálicos, mas ainda está por descobrir a liga ideal para o

armazenamento. As características desejáveis, ou ideais, são a capacidade de armazenar

enormes quantidades de hidrogênio, baixas pressões de carga à temperatura ambiente, rápida

libertação do gás à temperatura ambiente, leve e a um custo razoável, barato de preferência.

3.2 -Transporte do gás hidrogênio: O transporte do hidrogênio gasoso efetuado por gasodutos

é semelhante ao usado para a distribuição do gás natural. Um gasoduto é uma rede de

tubagens que permitem a circulação do hidrogênio sob a forma gasosa das instalações de

produção deste gás para as indústrias em áreas fortemente industrializadas, bem como, em

ligações mais curtas entre a produção local e os locais de consumo (WILLIAMS, 2003).

Grandes quantidades de hidrogênio são geralmente transportadas na forma gasosa através de

gasodutos. Hidrogênio na forma líquida e gasosa pode ser transportado por meio de

caminhões para locais remotos ou para aplicações de pequena escala (Castello, 2005; Ogden,

2004).

3.3 - Distribuição do Hidrogênio: O problema com a distribuição do hidrogênio é este poder

reagir com as paredes de metal do gasoduto, desgastando-as com o tempo e até mesmo

poderem vir a aparecer fugas. Para se evitarem estes problemas recorre-se a métodos que

incluem a mistura do gás hidrogênio com outros gases ou o uso de cimento comprimido,

plásticos ou vários aços na construção do gasoduto ou à adição de inibidores desta reação no

próprio tubo, gerando custos adicionais.

3.4 - Métodos de separação do hidrogênio: Os métodos disponíveis para a produção de

hidrogênio a partir da biomassa podem ser divididos em duas categorias principais:

termoquímica e vias biológicas (Tanksale, 2010).

A biomassa pode ser processada termicamente por meio de pirólise (Caglar, 2002; Balat,

2008) ou gaseificação (Yan, 2006) para produzir hidrogênio. A principal desvantagem destes

processos é a decomposição da matéria-prima de biomassa (Dermirbas, 2008).

A produção biológica de hidrogênio (Biohidrogênio) como um subproduto do metabolismo

dos microrganismos é uma nova área de tecnologia em desenvolvimento que oferece o

potencial de produção do hidrogênio utilizável a partir de uma variedade de fontes renováveis

(Cheong, 2006). O Biohidrogénio oferece um meio viável para o fornecimento sustentável de

hidrogénio com baixa poluição e alta eficiência, sendo assim considerada uma forma

promissora de produzir hidrogénio (Wu, 2007). Essa biotecnologia da produção de hidrogênio

pode ser uma maneira mais importante para a rodução de energia no futuro próximo devido

às suas características de baixos custos e regeneração (Ming, 2002).



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De fato, os processos de produção biológica de hidrogênio são considerados mais amigas do

ambiente e menos intensivas energeticamente se comparado aos processos termoquímicos e

eletroquímicos (Veziroglu, 2001). Pesquisadores começaram a investigar a produção de

hidrogênio com bactérias anaeróbias desde 1980 (Demirbas, 2008 ; Zhi, 2008, Li, 2007).

Esses processos podem ser genericamente classificados em dois grupos distintos. Um deles é

dependente de luz e a outra é independente da luz (Kotay, 2008).

Produção de hidrogênio fotobiológica por fotossíntese de microrganismos é de interesse

devido à promessa de geração de energia limpa livre de carbono e renovável de recursos

naturais abundantes, tais como luz e água.

Existem alguns métodos se separação do hidrogênio:

a) Reforming: Essa técnica consiste em expor o gás natural ou outros hidrocarbonetos a vapor

a altas temperaturas para produzir o hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono.

Esta tecnologia é usada pela indústria, sendo a maioria do hidrogênio obtido pelo

―processamento do vapor‖ de gás natural (metano). O hidrogênio que é possível aproveitar do

gás natural através deste processo andará na casa dos 70 a 90%.

Com estes combustíveis fósseis como o metano (CH4), propano (C3H8), butano (C4H10) e

octano (C8H18) que contêm hidrogênio na sua constituição, têm-se uma forma econômica de

se obter o gás hidrogênio. Segundo os dados do DOE (2002) aproximadamente 48% do

hidrogênio produzido mundialmente é através da reforma a vapor do gás natural.

Porém este método tem três desvantagens. A primeira é que se o consumo for posterior o

método fica mais caro por unidade energética, do que se o combustível primário for

simplesmente usado por combustão. A segunda é que este método só se aplica aos

combustíveis fósseis que são uma fonte não renovável de energia. A terceira é o dióxido de

carbono que se liberta para o meio ambiente (Santos, 2005).

b) Hidrólise: A quantidade de energia necessária para o processo de hidrólise é maior do que

é, em última análise produzida pela célula de combustível. No entanto, se as fontes de energia

renováveis (solar, eólica, biomassa, etc) são utilizados para o processo de hidrólise, é uma

maneira de converter a energia disponível a partir dessas fontes (luz solar, vento, etc) em um

combustível (hidrogênio) que pode ser armazenada para uso posterior.

c) Gaseificação da Biomassa: A biomassa é convertida em uma mistura gasosa de

hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, e outros componentes a partir da

aplicação de calor sob pressão na presença de vapor de água e de uma quantidade controlada

de oxigênio. A biomassa é quebrada quimicamente pela temperatura do gás, vapor de água e

oxigênio, criando uma reação química que produz uma síntese desse gás. Depois o monóxido

de carbono reage com a água para formar o dióxido de carbono e mais hidrogênio (BAIN,

2004).

Gaseificação de biomassa tem sido identificada como um possível sistema para a produção de

hidrogênio renovável, que é benéfica para explorar recursos de biomassa, para desenvolver

uma maneira altamente eficiente para limpeza em grande escala da produção de hidrogênio, e

tem uma menor dependência das inseguras fontes de energia fósseis (Demirbas, 2006). Em

geral, a temperatura da gaseificação é maior do que a pirólise e a produção de hidrogênio a

partir da gaseificação é maior do que a pirólise (Balat, 2008).

A gaseificação a vapor é uma tecnologia promissora e o hidrogênio é produzido a partir da

gaseificação de vapor de palha de leguminosas e serragem de pinho (Wei, 2007), casca de

avelã (Demirbas, 2005), o papel, lascas de madeira de pinho amarelo (Kriengsak, 2009),



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musgos, algas (Demirbas, 2009), a serragem de madeira (Demirbas, 2004), palha de trigo

(Demirbas, 2006), e resíduos de madeira (Wu, 2006).

A tecnologia de gaseificação da biomassa é mais apropriada para produção em larga escala e

descentralizada do hidrogênio, devido à natureza do manuseamento de grandes quantidades

de biomassa e a economia de escala requerida para este tipo de processo.

d) Pirólise: A pirólise de biomassa é um caminho promissor para a produção de sólidos,

líquidos (alcatrão e outros produtos orgânicos), e produtos gasosos como possíveis fontes

alternativas de energia (Demirbas, 2009; Balat, 2010).

e) Eletrólise da água: Este método baseia-se na utilização da energia elétrica, para separar os

componentes da água (hidrogênio e oxigênio). A corrente elétrica decompõe a molécula da

água e os gases são produzidos nos eletrodos (H2 no cátodo e O2 no ânodo). Sendo o

rendimento global do processo da ordem dos 95% (Santos, 2005).

A energia elétrica utilizada neste método poderá vir de fontes renováveis, como a energia

solar, eólica, hídrica, maremotriz, geotérmica, etc. Com este tipo de fontes renováveis o uso

da eletrólise tem como vantagem ser uma forma de produzir hidrogênio perfeitamente limpa.

O único aspecto negativo é a necessidade de grandes quantidades de energia.

f) Biofotólise: É a ação da luz sobre um sistema biológico que resulta na dissociação de um

substrato, geralmente água, para produzir hidrogênio (Das et al, 2008). O processo é

semelhante a uma fotossíntese ao inverso. Ocorrente nas plantas verdes, que somente reduz

dióxido de carbono, a fotossíntese feita por microalgas, em decorrência da presença de

enzimas como hidrogenase e nitrogenase, produz, sob certas condições, hidrogênio

(Sacramento, 2007).

Há dois tipos de biofotólise: a biofotólise direta e a biofotólise indireta (Sacramento, 2007). A

biofotólise direta é um processo biológico que utiliza sistemas de microalgas

fotossintetizantes para converter energia solar em energia química na forma de hidrogênio

(Das et al, 2008). Essa tecnologia é intrinsecamente atraente já que a energia solar é utilizada

para converter um substrato prontamente disponível, água, em oxigênio e hidrogênio.

A produção de hidrogênio por Algas pode ser considerada economicamente viável e

sustentável em termos da utilização de água como fonte renovável e consumo de CO2, dado

que este é um dos poluentes atmosféricos existente. Contudo, este processo apresenta algumas

limitações como a inibição da enzima hidrogenase, em presença do oxigênio e o fato de não

utilizar resíduos como substrato (Kapdan e Kargi, 2006).

As cianobactérias são os organismos mais estudados na biofotólise indireta. O metabolismo

desse microorganismo para a produção de hidrogênio envolve três enzimas, que são a

nitrogenase, a hidrogenase de assimilação e a hidrogenase bidirecional (Sacramento ET AL,

2006). A nitrogenase é muito sensível ao oxigênio e em decorrência disso, as cianobactérias

desenvolveram mecanismos e estratégias para proteger esse complexo enzimático tanto do

oxigênio atmosférico, como do oxigênio gerado intracelularmente pela fotossíntese

(TAMAGNINI ET AL, 2003).

Na intenção de uma produção eficaz de hidrogênio, pesquisas visam produzir e selecionar

mutantes deficientes na atividade de assimilação de H2 e selecionar mutantes cuja

hidrogenase bidirecional seja menos sensível ao oxigênio (TAMAGNINI ET AL, 2003).

f) Fermentação: Os carboidratos (principalmente glicose) são os principais substratos para a

produção de hidrogênio. Entretanto, amido, celulose e resíduos orgânicos também podem ser

utilizados (Vardar-schara et al, 2008). Industrialmente, a seleção do melhor substrato leva em



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conta a sua disponibilidade, o custo e a biodegradabilidade.

A fermentação anaeróbica ou ―fermentação escura‖ (dark fermentation) é realizada por

diversos microorganismos como os anaeróbios obrigatórios da espécie Clostridium, bactérias

do rúmen, os anaeróbios facultativos da espécie Enterobacter, Escherichia coli, Citrobacter

sp., ou culturas mistas (Vardar-schara et al, 2008).

Os produtos finais da fermentação e conseqüentemente o rendimento da reação para produção

de hidrogênio variam devido às condições climáticas e aos tipos de microorganismos

utilizados (Vardar-schara et al, 2008).

As condições ideais para a produção de hidrogênio ainda estão sendo estudadas. Testes em

batelada utilizando culturas mistas têm demonstrado que baixos pH’s e altas concentrações de

substratos podem reduzir a produção de hidrogênio. O acúmulo de hidrogênio dissolvido no

meio e altas pressões parciais de H2 também influenciam negativamente no processo. Logan

et. al. (2002) utilizou uma cultura mista de microorganismos para analisar a produção de

hidrogênio a partir de diferentes substratos.

A produção de hidrogênio por fermentação geralmente apresenta bons rendimentos. Além

disso, este processo não exige a presença de luz e a taxa de produção é constante, diversas

fontes de carbono podem ser utilizadas como matéria-prima, o crescimento dos

microorganismos fermentativos é rápido, menor energia é necessária e o processo é

tecnicamente mais simples quando comparado com a fotossíntese (Vardar-schara et al, 2008).

A dificuldade da fermentação está em selecionar culturas de microorganismos que não

contenham nenhum tipo de bactéria consumidora de hidrogênio, tais como bactérias

metanogênicas ou sulforedutoras.

4. Efeitos sobre o ser humano e a natureza

Nenhuma tecnologia é absolutamente segura! Cada tecnologia é relativamente segura, e cada

uma tem a sua norma de segurança específica que, naturalmente, aplica-se também às

tecnologias de energia e sistemas, a energia do hidrogênio não é diferente. Em qualquer caso,

a segurança é uma conseqüência da ciência e engenharia específicas da tecnologia em questão

e, portanto, seus riscos em condições de funcionamento.

As instalações de hidrogênio deverão ser fechadas, a fim de evitar vazamentos. Se ocorrer

uma fuga de hidrogênio ou um acidente onde o hidrogênio é liberado para o exterior, há uma

grande chance de que a mistura inflamável de hidrogênio e oxigênio seja construída.

Assim, o hidrogênio gera alguns perigos à segurança humana, de potenciais detonações e

incêndios quando misturado com o ar a ser um asfixiante em sua forma pura, livre de

oxigênio. Em adição, hidrogênio líquido é um criogênico e apresenta perigos (como

congelamento) associados a líquidos muito gelados.

O elemento também pode dissolve-se em alguns metais, e, além de vazar, pode ter efeitos

adversos neles, como a fragilização por hidrogênio. O vazamento de gás hidrogênio no ar

externo pode espontaneamente entrar em combustão. Além disso, o fogo de hidrogênio,

enquanto sendo extremamente quente, é quase invisível, e, portanto pode levar a queimaduras

acidentais.

No Brasil o anexo número 11 da Norma Regulamentadora 15 (NR 15), considera o produto

como asfixiante simples e não impõe limites de exposição, entretanto, no ambiente de

trabalho, deve-se garantir que a concentração mínima de oxigênio seja de 18% em volume.

Mesmo sem considerar o enorme risco de explosão, as situações na qual a concentração de

oxigênio estiver abaixo deste valor serão consideradas de risco grave e iminente. Em caso de



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super exposição ao produto, ele pode causar asfixia e neste caso os sintomas são: náuseas,

pressão na testa e nos olhos, podendo ainda causar perda de consciência e morte.

As células a combustível, comentadas no item anterior, podem fornecer energia limpa e com

alta eficiência (cerca de 80%) em uma grande variedade de aplicações. Seja qual for ela, as

células a combustível oferecem um número considerável de benefícios aos seus usuários,

desde o seu uso na indústria automobilística até junto às termelétricas, possibilitando uma

maior confiabilidade no fornecimento de energia com emissões mínimas ou nulas de

poluentes no ar (GOMES, 2005).

5. A Produção de hidrogênio no Brasil

O Brasil apresenta as maiores oportunidades no mundo para a criação de uma infra-estrutura

baseada no hidrogênio, energias renováveis e células a combustível. É um país com

abundância de água potável e de fontes energéticas renováveis, como o sol, vento,

biocombustíveis (como biomassa, biogás, biodiesel e álcool), hidrelétricas e fácil acesso ao

mar. As células a combustível fornecem energia limpa e com alta eficiência em uma grande

variedade de aplicações (Gomes, 2005).

Embora a capacidade da célula de combustível instalada no Brasil seja limitada, várias

atividades de investigação financiadas pelo governo que têm sido realizado em muitas

universidades e institutos. Estas atividades começaram no final de 1980 e o número de

organizações envolvidas tem vindo a aumentar ao longo das décadas de aproximadamente 30-

35 (Geiger, 2003).

Em 2002, o governo brasileiro começou a um Programa de célula de combustível (PROCAC)

(CGEE). Inicialmente, três redes principais foram formadas para apoiar a cooperação em

pesquisa e desenvolvimento em sistemas de combustível de óxido sólido celular, eletrólito

polimérico de sistemas de células de combustível e produção de hidrogênio.

Em 2005, PROCAC foi renomeado PROH2 ou programa de ciência, tecnologia e inovação

para a economia do hidrogênio. O governo tem duas importantes agências de apoio que são os

Ministérios de Minas e Energia (MME) e o Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT). Este

último é uma das principais agências de financiamento com seus programas de CT-Energ

(Fundo de Energia), CTPetro (Fundo de petróleo e gás natural) e CT-Infra (Infra-estrutura

Fundo). Outros órgãos governamentais relacionados, que desempenham um papel importante

e ativo na célula de combustível do Brasil do programa são Fundação Federal de Investigação

e Desenvolvimento (FINEP), que apóia as empresas privadas, o Conselho Nacional de

Investigação e Desenvolvimento (CNPq) e do Estado de São Fundação Paulo de Pesquisa

(FAPESP).

6. Considerações finais

Cabe aos formuladores de políticas públicas distinguir as ações governamentais que estão em

fase de estruturação e que tem o foco nas tecnologias do hidrogênio.

A segurança de usinas nucleares foi posta mais uma vez em xeque com o acidente em

Fukushima, entretanto, a tecnologia de fusão do hidrogênio se apresenta anos luz na frente

quanto ao risco ambiental, entretanto ainda é muito expressivo os custos ligados a esse tipo de

energia.

Por isso é que muito necessário que pesquisadores e executivos de instituições de governo e

de empresas estudem a utilização do hidrogênio como fonte energética. Nesse sentido, o que

se tem atualmente é uma síntese que o Brasil pode atuar em quatro frentes para a implantação

de tecnologias de hidrogênio:



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Recomendações gerais para o incentivo à economia do hidrogênio;

Recomendações para o incentivo à produção do hidrogênio;

Recomendações para o incentivo ao desenvolvimento da logística do hidrogênio;

Recomendações para o incentivo aos sistemas de utilização do hidrogênio.

Essas linhas centrais propositivas são desdobradas em recomendações para o incentivo e

desenvolvimento das tecnologias do hidrogênio apresentando ações para o estabelecimento de

uma agenda tecnológica, voltada à pesquisa e desenvolvimento científico e tecnológico; e

ações para o estabelecimento de uma agenda de inovação, voltada para o incentivo ao

desenvolvimento industrial dessas tecnologias.

Assim concluímos que o Brasil apresenta grande potencial no desenvolvimento de tecnologias

de hidrogênio, por meio de instituições governamentais e empresariais deve propiciar ganhos

consideráveis na forma de:

Diminuição de impactos ambientais na geração e utilização de energia;

Aumento da segurança energética;

Melhoria do aproveitamento dos recursos naturais;

Desenvolvimento regional com geração de emprego e renda e desenvolvimento de

parque industrial competitivo e;

Diversificação da matriz energética

Em nível mundial, o desenvolvimento de células a combustível, incentivado pelos governos

de praticamente todas as nações industrializadas, está em curso, principalmente visando o uso

de combustível de hidrogênio no transporte, mas também para grandes unidades de geração

estacionária de energia elétrica. Parece que este grande esforço atingiu o pico, pois várias

questões técnicas importantes devem ser resolvidas antes de atingir as células de combustível

de penetração de mercado significativo, e os custos devem ser reduzidos por uma ordem de

magnitude.

Veículos movidos a célula de combustível de hidrogênio são também cada vez mais vistos

como um atrativo a outros veículos de emissão zero, como carros elétricos movidos a bateria,

porque a densidade de energia química do hidrogênio é significativamente maior do que

encontrados em materiais da bateria elétrica. Células a combustível de hidrogênio poderia

também oferecer vida útil muito mais operacional do que as baterias elétricas e,

simultaneamente, fornecem a mesma energia alta específica tradicional de motores de

combustão.

Apesar das vantagens apresentadas e das pesquisas em andamento, há diversas dificuldades

para a introdução e utilização em larga escala do hidrogênio como combustível. Além das

questões de custo e de infra-estrutura, há dificuldades tecnológicas inclusive a segurança,

forma de combustível, produção e armazenamento (USDOE).

Para o futuro previsível, o hidrogênio precisará ser produzido utilizando combustíveis

existentes ou energia elétrica. O custo ainda é alto demais para ser combustível de uso

comum. A infra-estrutura necessária, como postos de abastecimento, precisa ser estabelecida.

Assim a utilização do hidrogênio continuará limitada aos casos especiais, como combustíveis

de ônibus espacial, e ao uso em células de combustível para aplicações em aparelhos

eletrônicos, veículos elétricos de mercado limitado e para a geração elétrica em locais

remotos.



10

Segundo Lepecki (2011) a demanda global de energia crescerá cerca de 60% nos próximos 20

anos, até 2030. A preocupação global causada por este aumento de demanda, pelo aumento

dos custos dos recursos fósseis, pela segurança do abastecimento e pela degradação ambiental

está valorizando o uso da energia nuclear via hidrogênio para alavancar as reservas existentes

de hidrocarbonetos.

Nesse caso, ao contrário da fissão nuclear, a fusão do hidrogênio apresenta-se como mais uma

possibilidade ao necessário é o equilíbrio dos recursos energéticos. É necessário abandonar a

inércia para construir um novo futuro energético.

Referências

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Anexos

Hidrogênio Força Motriz Estado Resposta

Econômico

Armazenamento do

hidrogênio

Necessidade de

investimentos em

tecnologias para

distribuição de energia.

Tecnologia para

armazenamento de

hidrogênio ainda são

muito caras [4,5]

Transporte do gás

hidrogênio.

Necessidade de

investimentos em

tecnologias avançadas.

É mais caro de ser

transportado do que o

gás natural porque é

mais leve e exige

gasodutos e

compressores mais

largos [1, 2, 3]

Segurança. Detectar e prevenir

vazamentos e explosões.

Custos adicionais são

utilizados para

prevenir acidentes

[16].

Ambiental

Vazamento do gás

hidrogênio em gasodutos.

Possibilidade de

ocorrência de explosões.

Emissão de gases

poluentes na

atmosfera.

Extração do hidrogênio pelo

método térmico através do

Uso do Gás Natural para

extração do Hidrogênio. Emissão de CO2 [6]



13

reforming.


método térmico através da

hidrólise.

Uso da Água para

extração do Hidrogênio. Sem emissões



gaseificação.

Uso do carvão e biomassa

para extração do

Hidrogênio.

Algumas emissões [7,

8, 9].



pirólise.

Uso da biomassa para

extração do Hidrogênio.

Algumas emissões

[10, 11].


método elétrico através da

eletricidade.

Uso da Água para


A geração de emissões

varia com a energia

primária utilizada [6].


método elétrico através do

processo de foto

eletroquímica.

Uso da água para

extração do Hidrogênio. Sem emissões [6].


método biológico através do

processo biofotólise direta.

Uso de água para

extração do Hidrogênio. Sem emissões [17].



processo biofotólise indireta.

Uso de água e algas para


Sem emissões [18,

19].



processo de fermentação.

Uso da Biomassa para


Algumas emissões

[20].

Utilização do hidrogênio

Substituição de

combustíveis fósseis por

hidrogênio.

Sem emissões [12, 13,

14, 15].

Social Vazamento do gás

hidrogênio em gasodutos.

Possibilidade de danos à

saúde da população local.

Em caso de super

exposição ao produto,

ele pode causar

asfixia, podendo ainda

causar perda de

consciência e morte.

Institucional

Decisão política sobre o uso

do hidrogênio como fonte de

energia.

Necessidade de produção

descentralizada.

Necessidade de

políticas públicas

Tabela DSR

Fontes: Elaborado pelos autores a partir de 1: Ogden (1999); 2: Ringer (2005); 3: Pottier

(1995); 4: Fosberg (2004); 5: Thompson (1997); 6: Santos (2005); 7: Bain (2004); 8:

Demirbas (2006); 9: Balat (2008); 10: Demirbas (2009); 11: Balat (2010); 12: Lepecki (2011);

13: Gomes (2005); 14: Blomem (1993); 15: Paula (2003); 16: Trudeau (1999); 17: Das et al,

2008; 18: Sacramento et al (2006); 19: Tamagnini et al (2003); 20: Vardar-schara et al (2008).

Documents

o Uso Do Hidrogenio Como Fonte Energética