Há anos ouvimos falar do hidrogênio como um combustível não poluente para carros, mas quais são os prós e os contras de sua produção? E por que está sendo usado tão pouco? "Pode constituir um avanço para o planeta, pois o resíduo gerado pelo seu uso ao produzir energia é vapor de água, mas hoje mais de 96% da produção de hidrogênio ainda deriva de fontes não renováveis, efetivamente cancelando suas propriedades verdes", explica o professor Alessandro Abbotto, professor de Química Orgânica do Departamento de Ciência de Materiais da Universidade de Milão-Bicocca e autor do livro intitulado "Idrogeno: tutti i colori dell'energia", (em português, Hidrogênio: todas as cores da energia) publicado, em 2021, pela editora Edizioni Dedalo, que abrange todas as suas aplicações e analisa o debate político, econômico e social relacionado.
As três vantagens de usar hidrogênio como combustível
1. É um combustível limpo
O hidrogênio é um combustível perfeitamente limpo, porque o único resíduo que produz é vapor de água. Em seu estado livre consiste de dois átomos (H2), que, quando combinados com oxigênio (O) durante seu uso (combustão ou, mais comumente, em uma célula de combustível), geram água (H2O)." Essas condições, explica o professor Abbotto, são suficientes para atender a emergência ambiental, algo que não podemos mais adiar." Os hidrocarbonetos, por outro lado, são compostos de carbono e hidrogênio e, durante a combustão, quando combinados com oxigênio, produzem dióxido de carbono (CO2) e outros resíduos prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana (óxidos de nitrogênio e enxofre).
O hidrogênio é obtido por meio da eletrólise da água, um método simples no qual uma corrente de baixa tensão flui através da água para formar oxigênio e gás hidrogênio. O hidrogênio definido como verde é o único hidrogênio sustentável porque é obtido pela eletrólise da água alimentada pela eletricidade produzida a partir de fontes renováveis. O hidrogênio cinza, por outro lado, utiliza fontes de combustíveis fósseis, principalmente gás natural, que produzem emissões de gases de efeito estufa, prejudicando assim seu impacto zero no meio ambiente.
2. Usa tecnologia mais eficiente
O motor a combustão, lançado em meados do século XIX e nunca mais abandonado, permite que o carro se movimente graças à combustão do combustível com o ar, que é convertida em energia térmica e transformada em energia mecânica. Em quase 200 anos este motor atingiu seu máximo desempenho e otimização e hoje não é mais sustentável devido ao forte impacto ambiental dos resíduos produzidos.
Pelo contrário, o motor de combustão a hidrogênio utiliza tecnologia que se destaca pela ausência de quaisquer emissões nocivas. Seu principal uso, no entanto, não está no motor de combustão, mas em uma célula de combustível desenvolvida para exploração espacial desde a década de 1960, em que um processo eletroquímico combina hidrogênio e oxigênio para gerar energia elétrica, que por sua vez alimenta um eficiente motor elétrico.
O motor a gasolina utiliza apenas entre 20% e 25% da energia introduzida e, consequentemente, 75% a 80% do combustível é dispersado, produzindo calor. É por isso que, por exemplo, você não pode tocar em um motor sem se queimar. Esses números não são muito conhecidos, mas indicam o quão ineficiente é o motor de combustão movido a gasolina ou diesel. "Tínhamos tanta energia que podíamos suportar o luxo de desperdiçá-la porque extrair petróleo bruto era tão barato, mas agora que está se esgotando e que todas as questões ambientais relacionadas não podem mais ser ignoradas, algo terá que mudar", explica o professor Abbotto.
No motor elétrico, as porcentagens são totalmente invertidas. 80% corresponde à energia utilizada e apenas 20% corresponde à energia dispersa. No entanto, o hidrogênio não é imediatamente e diretamente explorado dentro de um motor de carro porque ele deve primeiro ser convertido em energia elétrica para alimentar o motor. "Essa passagem consome 50% da energia e assim esses 80% são reduzidos pela metade, reduzindo a quantidade de energia usada para 40% que é, no entanto, o dobro da de um motor a gasolina. Com os estudos e experimentos já em andamento, supõe-se que esse percentual possa ser significativamente aumentado, enquanto o do motor a gasolina/diesel não pode mais ser otimizado", acrescenta Abbotto.
3. É conveniente para transporte pesado e trens
A propulsão de hidrogênio ainda não é difundida hoje e um dos setores para os quais poderia ser conveniente desde o início é o transporte pesado ou trens. Estes são meios de transporte que, se fossem fornecidos com baterias elétricas como alternativa ao motor a combustão, exigiria baterias enormes e pesadas com tempos de carregamento extremamente longos. Pelo contrário, o hidrogênio oferece as vantagens de um sistema de propulsão mais compacto, com tempos de reabastecimento rápido e um longo alcance de viagem, que pode ser alimentado em docas de carregamento localizadas ao longo das autoestradas mais percorridas pelas frotas HGV (em português: Veículo Pesado de Mercadoria), sem a criação de uma rede de distribuição capilar, ou ao longo das linhas ferroviárias em todas as principais estações.
Na Ásia (Coreia do Sul), alguns fabricantes de veículos industriais oferecem um "serviço turn key" fornecendo HGVs para transporte de mercadorias e garantindo a rede de distribuição de hidrogênio verde. "É mais fácil para os fabricantes de veículos pesados fazer isso do que para os fabricantes de automóveis, porque os HGVs viajam ao longo de rotas padronizadas e o transporte ferroviário é organizado de forma muito semelhante", explica Abbotto.
Quase 50% das linhas ferroviárias na Europa não estão eletrificadas até o momento. Existem muitas rotas na Europa onde uma linha de energia aérea é simplesmente impossível, de modo que os trens são movidos a diesel, um combustível altamente poluente. O hidrogênio resolveria tanto o problema da falta de eletricidade quanto o da emissão de poluentes. Em Valcamonica, por exemplo, a linha ferroviária Brescia-Iseo-Edolo, de 104 km de extensão, será servida por trens movidos a hidrogênio a partir do início de 2024, enquanto a Alemanha tem uma linha movida a hidrogênio de impacto zero desde 2018.
As desvantagens do uso do hidrogênio como combustível
1. Se for "cinza", polui
Se não for produzido usando fontes renováveis, o hidrogênio polui. Até o momento, mais de 96% do hidrogênio utilizado é cinza. Custa menos, mas seu impacto no meio ambiente é tão grande que 10 quilos de dióxido de carbono são produzidos para cada quilo de hidrogênio obtido. A produção mundial de hidrogênio é de cerca de 70/75 milhões de toneladas, com um desperdício de quase 1 bilhão de toneladas de dióxido de carbono. "O maior desafio é produzir hidrogênio limpo a um custo acessível", diz Abbotto.
A disseminação do hidrogênio verde pode ir de mãos dadas com o aumento da produção de eletricidade a partir de fontes limpas. "E a boa notícia é que, até 2030, 70% da produção de eletricidade terá que ser gerada a partir de fontes renováveis", explica Abbotto.
2. É um gás difícil de manusear
Colocar gasolina em um tanque é rápido e fácil, assim como ligar o cabo para recarregar a bateria de um carro elétrico. O hidrogênio, por outro lado, é um gás difícil de manusear porque, tendo uma baixa densidade de energia volumétrica, ele tem que ser altamente comprimido em altas pressões (de 350 a 700 bar) para ser embalado em um tanque em quantidades suficientes para alimentar um carro. Cerca de 5/6 kg de hidrogênio são necessários para cobrir cerca de 600 km. No tanque de um carro, se não fosse comprimido, haveria hidrogênio suficiente para cobrir apenas 5 km.
Outra dificuldade está no transporte, ou seja, como transportar hidrogênio para as estações de reabastecimento para abastecer carros de viagem. Aqui, o primeiro problema consiste no fato de que, para serem distribuídos, são necessários gasodutos especiais porque aqueles destinados ao metano e gás natural não são totalmente compatíveis, a menos que misturas de gás natural-hidrogênio com baixo teor de hidrogênio sejam usadas. A alternativa seria carregá-lo em estado líquido, como derivados de petróleo, mas o estado líquido do hidrogênio é atingido a uma temperatura de -253°C, com pesado gasto energético para transformá-lo e depois mantê-lo na forma líquida. "Atualmente, e na maioria dos casos de uso industrial, o hidrogênio é produzido no mesmo lugar que é usado", explica Abbotto.
Há alguns oleodutos de hidrogênio, mas eles se estendem por apenas alguns milhares de quilômetros em todo o mundo. A construção de uma rede inteira de distribuidores de hidrogênio para o transporte automotivo envolve custos e atrasos consideráveis. A Alemanha ocupa a liderança de distribuição, com quase 100 estações, número que está em constante ascensão; eles estão localizados ao longo das artérias da rodovia, possibilitando a viagem dentro do país. Em Paris, o hidrogênio é produzido localmente, permitindo que uma rede de táxis seja executada de forma eficiente com o objetivo de ter metade da frota alimentada por hidrogênio até 2024. Na Itália, há apenas uma estação para carros na rodovia de Brennero a Bolzano Sud. Aqui, o hidrogênio é originário localmente da energia hidrelétrica produzida pelas montanhas.
3. É menos vantajoso do que a energia elétrica para carros
O motor elétrico movido a bateria é agora o sistema mais eficiente porque converte 80% da eletricidade na bateria em energia. Além disso, atualmente é mais barato carregar um carro elétrico do que reabastecer hidrogênio. "O hidrogênio cinza custa US$ 1 a 2 por kg, enquanto o hidrogênio verde custa US$ 5 a 7 por kg", explica Abbotto. Se a vantagem "verde" do uso de hidrogênio for preservada também durante a fase de produção, reabastecer um carro deve envolver apenas hidrogênio verde. E os fornecedores vendem hidrogênio verde a um preço de cerca de € 14 por kg, que pode cair para € 9 por kg onde a infraestrutura é mais desenvolvida, como na Alemanha.
Mas o motor de hidrogênio ainda permanece muito mais eficiente do que um motor convencional a gasolina/diesel. O diesel oferece uma pequena vantagem financeira sobre o hidrogênio, mas os enormes benefícios ambientais compensariam o custo mais alto. Uma coisa é certa: o hidrogênio é menos benéfico para o transporte rodoviário leve em comparação com a energia elétrica de fontes renováveis. Os benefícios ambientais são os mesmos, mas o custo do reabastecimento e a disponibilidade de uma rede para cobrança são melhores.
