Combustível Hidrogênio

Visto que o petróleo é um combustível não renovável e que contribui em muito para a poluição do meio ambiente, várias indústrias e centros de pesquisas têm se mobilizado na busca por novas fontes de energia combustível.

É nesse contexto que surge o hidrogênio combustível, que é considerado por muitos como o combustível do futuro, por ser renovável, inesgotável e principalmente por não liberar gases tóxicos para a atmosfera. Quando o hidrogênio “queima”, ele produz apenas vapor de água, como é mostrado abaixo:

H_2(g) +1/2 O_2(g) → H₂O_(g)

Outras vantagens apresentadas por esse combustível são:

• Utilização de motores elétricos no lugar de motores a combustão, evitando a poluição do meio ambiente;
• Seu processo de geração de energia é descentralizado, dessa forma não será necessário construir hidroelétricas gigantescas;
• A geração de energia por meio de pilhas a combustível é pelo menos duas vezes mais eficaz do que a obtida pelos processos tradicionais.

No entanto, para se determinar qual é um melhor combustível a ser utilizado, é necessário considerar não só o seu impacto ambiental, mas também fatores econômicos e sua eficiência energética. Por exemplo, na tabela abaixo é mostrado o poder calorífico de alguns combustíveis:

Observe que o hidrogênio é o combustível que tem maior energia por unidade de peso. Isso ocorre porque ele é o elemento mais leve que existe e não tem os átomos de carbono, que são pesados e estão presentes nos outros combustíveis. É por isso que o hidrogênio tem sido usado intensamente em programas espaciais, em que o peso é crucial. Inclusive, a primeira vez que o hidrogênio gasoso foi usado como combustível foi em 1852, por Henri Griffard, para levantar uma aeronave em Paris. O hidrogênio é muito utilizado como combustível de foguetes.

A alta energia contida no hidrogênio leva também a explosões violentas e mais rápidas. Tanto que, quando foi usado em “dirigíveis”, no começo do século XX, houve um desastre com o Hinderburg em Nova York, em 1937, quando esta aeronave explodiu, enquanto pousava, matando várias pessoas.

O uso do hidrogênio como combustível em carros vem ganhando cada vez mais espaço, em que os perigos não são maiores do que aqueles com um carro a gasolina.  No entanto, um aspecto que impede essa inovação é a forma de armazenagem do hidrogênio, pois na forma gasosa, ele ocupa um espaço muito grande – 1 kg desse gás ocupa 11 000 L.

Veja a seguir algumas alternativas para armazená-lo:

• Hidrogênio Líquido:

Na forma líquida, 1 kg de gás hidrogênio ocupa apenas 14 L e fornece três vezes mais energia que o mesmo volume de gasolina. O hidrogênio líquido é carregado em um tanque de combustível cilíndrico de volume igual a 120 L, sob uma pressão 5 vezes maior que a pressão atmosférica e mantido resfriado a temperaturas inferiores a -253 ºC por 70 finas camadas de folhas de alumínio isolantes e fibra de vidro.  Um tanque cheio desses pesa 960 kg e possibilita que um carro mediano ande cerca de 400 km.

• Ligas Metálicas:

Ligas de titânio e ferro ou magnésio e níquel podem absorver o equivalente ao seu próprio volume de hidrogênio líquido e liberá-lo assim que necessário. Dentro das ligas, o hidrogênio não  é queimado, mas usado para gerar eletricidade em uma célula de combustível, onde o hidrogênio libera seus elétrons para produzir corrente elétrica e, então, eles são combinados com oxigênio para formar água.

Esse sitema é mais seguro que o de hidrogênio líquido, porque ele é armazenado a uma pressão insignificante e assim a fuga não se dá de modo rápido e perigoso. Além disso, a temperatura do recipiente cai com a libertação do hidrogênio inibindo a libertação deste.

Mas, as desvantagens são que bombear o hidrogênio para dentro e fora faz com que o metal quebre, a entrada de umidade faz com que a capacidade do tanque fique bastante reduzida e o custo é elevado.

• Reservatórios de gás comprimido:

O gás é armazenado em cilindros (botijas) ou em tanques sobre pressão e é usado quando são necessárias pequenas quantidades de gás, como em unidades de pilha de células de combustível, nos autocarros, automóveis, em habitações, em estabelecimentos comerciais e industriais.

Suas principais vantagens são: simplicidade e a inexistência de perdas energéticas com o passar do tempo.

• Absorção de gás em sólidos:

Esse sistema de armazenamento ainda não foi completamente desenvolvido, mas vem se mostrando bem viável. O hidrogênio é introduzindo num recipiente que contém substratos de partículas finas de carbono. O carbono então se liga ao hidrogênio em baixas temperaturas. Posteriormente, ao ser aquecido a 150ºC, o hidrogênio é liberado.

• Microesferas:

O hidrogênio é guardado em esferas de vidro muito pequenas a alta pressão. Com o fornecimento de algum calor, ele é liberado.

Existem ainda outros métodos de armazenagem do combustível hidrogênio, tais como: no metanol, com hidretos alcalinos, com nanotubos de carbono e na gasolina e outros hidrocarbonetos.

A produção mundial de hidrogênio é de cerca de 30 milhões de toneladas ao ano, vindo de diversas fontes, sendo duas naturais: água e hidrocarbonetos como o metano. Na água, passa-se uma corrente elétrica (eletrólise), onde o hidrogênio é liberado, mas não é economicamente viável.

Outra técnica para obter o hidrogênio 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.

Outros modos renováveis são fazer água de carvão renovável e usar a luz solar para decompor a água nos seus gases oxigênio e hidrogênio.

Por fim, há algumas bactérias que são capazes de produzir hidrogênio de moléculas de glicose, como a celulose que é um polímero da glicose e que pode ser encontrada em madeira e papel usados.

Portanto, existem ainda muitos entraves para a utilização do gás hidrogênio, tais como as dificuldades de armazenagem, como foi apresentado, e principalmente o seu alto custo. Para que o mercado deixe de ser dominado pelos combustíveis fósseis e passem para os combustíveis hidrogenados, é necessário que se continue a desenvolver a tecnologia do hidrogênio, considerando fatores tais como segurança, produção, distribuição, armazenamento e utilização.