Hidrogênio: Fotossíntese artificial e um combustível limpo

6 minutos de leitura

Atualizado em: 27 Dec 2020

No último capítulo, vimos que as baterias nos permitem substituir 71% dos combustíveis fósseis por eletricidade . Isso vale para carros, caminhões e outros transportes terrestres, porém baterias não armazenam energia suficiente por kg para tornar aviões ou navios elétricos .

O hidrogênio pode ajudar aqui e, uma vez que seja mais barato, também poderia ser útil como combustível para veículos ! Como? Hidrogênio consegue armazenar 128x mais energia que baterias de lítio por quilograma .

Image of Energia específica do hidrogênio e de baterias de lítio — Energia específica do hidrogênio e de baterias de lítio

Na natureza, o hidrogênio (H) geralmente aparece como um par de átomos (H₂). Isso também vale para o oxigênio (O₂).

A água (H₂O) é composta por hidrogênio e oxigênio. Você provavelmente nunca viu a água se dividir em H₂ e O₂, né? Isso se deve à água ser um composto estável. Separar H₂O requer energia . Dessa forma, conseguimos armazenar energia ao separar a água (2H₂O) em 2H₂ e O₂ e, posteriormente, coletar a energia ao fundi-los novamente.

Combustível a partir de água?

A ideia é simples: usar eletricidade limpa (de fontes renováveis ou nuclear) para separar a água num processo chamado de eletrólise.

Depois, convertemos H2 em eletricidade ao usar o que chamamos de célula de combustível de hidrogênio:

Image of Célula de combustível de hidrogênio — Célula de combustível de hidrogênio

Como o hidrogênio é produzido atualmente?

Existe uma crescente demanda por hidrogênio desde 1975 , e como hidrogênio é atualmente produzido a partir de gás natural, produzi-lo contribui com 2% das emissões globais de CO₂ !

Por que usamos gás em vez de energias renováveis? Pelo custo. Porém, com inovação e melhor desenvolvimento das energias solar e eólica, poderíamos reduzir bastante esse custo:

Image of O preço do hidrogênio — O preço do hidrogênio

O que precisa mudar?

Maior eficiência na eletrólise: Quanto mais hidrogênio por unidade de energia, melhor!

Maior eficiência na compressão: Toda unidade de energia que gastamos em compressão é basicamente perdida, mas precisamos comprimir hidrogênio para colocá-lo em tanques. Afinal, ele é um gás.

Maior eficiência da célula de combustível: Quanto mais energia tirarmos de cada quilo de hidrogênio, melhor.

Eletrólise mais econômica: A energia é apenas uma parte do custo do hidrogênio. Os eletrolisadores precisam ficar 20-50% mais baratos para satisfazer a previsão do gráfico que mostramos anteriormente .

Infraestrutura: Gases são difíceis de transportar. Para evitar o elevado custo inicial da construção de gasodutos, H₂ pode ser produzido próximo ao local de uso . Trata-se de uma compensação porque construir eletrolisadores menores provavelmente seria mais caro do que a realização de alguns maiores.

A fotossíntese artificial pode ajudar?

Image of Eficiência da fotossíntese — Eficiência da fotossíntese

E se pudéssemos fazer o mesmo que plantas, mas melhor?

Para um engenheiro, as plantas são máquinas que transformam CO₂, água e energia em açúcar e oxigênio .

Image of Equação da fotossíntese — Equação da fotossíntese

Pesquisadores estão trabalhando com fotossíntese artificial, uma tecnologia que converte água, luz solar e ar diretamente em H₂ e O₂ , ou mesmo em combustíveis semelhantes aos utilizados em veículos atualmente !

Enquanto o progresso acontece , até mesmo os pesquisadores que trabalham com isso afirmam que a fotossíntese artificial não será uma tecnologia acessível no futuro próximo ou mesmo daqui a 20 anos .

A armadilha do preço e da bateria de hidrogênio

Image of Baterias se tornaram mais baratas ! — Baterias se tornaram mais baratas !

Inovações à parte, a crescente demanda permitiu uma economia de escala em que as coisas se tornam mais baratas quando se produz em grande quantidade.

Por exemplo, para fabricar um saco de batata frita é necessário construir uma fazenda de batatas e uma fábrica de produção de batatas fritas. Se produzir mais de 100.000 sacos de batata e dividir o custo inicial para cada saco, cada um deles se tornará mais barato!

Assim como já aconteceu para baterias de carros, talvez seja mais difícil dar popularidade ao hidrogênio .

Conclusão

O hidrogênio poderia substituir combustíveis fósseis para aeronaves e navios , o que baterias não conseguem fazer .

Tornar a produção, a compressão, o armazenamento e o transporte de hidrogênio mais barato poderia ter um enorme impacto sobre o ecossistema inteiro de energia e, como efeito colateral, ajudaria a evitar os 2% de emissões globais provenientes da produção atual de hidrogênio .

Precisamos de inovação !

Próximo capítulo