AleaSoft, 7 de agosto de 2019. O hidrogénio e a sua utilização como fonte de energia têm desempenhado um papel muito importante nas viagens espaciais. A AleaSoft analisa como o hidrogénio foi utilizado no programa Apollo, que levou o primeiro ser humano a pisar a Lua, e o seu papel na atual transição energética.
Numa notícia recente sobre a conquista do espaço e a revolução fotovoltaica, a AleaSoft descreveu o papel que algumas tecnologias líderes na transição energética, como a fotovoltaica, tiveram na conquista do espaço. Neste caso, tratar-se-á de outra tecnologia muito presente nas viagens espaciais: o hidrogénio. Certamente, o facto de não ter uma estrutura mecânica reconhecível associada, como é o caso dos painéis solares com a energia fotovoltaica, fez com que a sua presença e utilização em missões espaciais passasse mais despercebida. Mas isso não significa que o seu papel tenha sido menos decisivo.
O gás hidrogénio é a molécula mais simples do universo, formada por dois átomos de hidrogénio, o elemento mais leve da tabela periódica. Em condições terrestres de temperatura e pressão, encontra-se no estado gasoso e, para o converter em líquido, é necessário arrefecê-lo a -253 °C, muito próximo do zero absoluto. Mas, para a sua utilização como fonte de energia, a sua característica mais interessante é a capacidade de se combinar com o oxigénio e libertar energia.
O hidrogénio na viagem que levou o ser humano a pisar a Lua
Agora que se comemora o cinquentenário da primeira viagem tripulada que pousou na Lua, é interessante mencionar que, entre outras tecnologias, essa viagem foi possível graças ao hidrogénio. A participação mais visível do hidrogénio na viagem da Apollo 11 foi o seu uso como combustível dos foguetes Saturn V. Para a primeira fase da decolagem do foguete, quando ele se eleva do solo em meio a uma bola de fogo, os cinco motores F-1 do Saturn V usavam querosene e oxigénio como combustíveis. Mas para a segunda e terceira fases, os motores J-2 usavam hidrogénio e oxigénio, e eram responsáveis por colocar a sonda em órbita e dar o impulso final que enviou o veículo para a Lua.
Decolagem de um foguete Saturn V com a missão Apollo 11 a bordo. Fonte: NASA.
Para a propulsão dos foguetes, utiliza-se a capacidade do hidrogénio de ser queimado como um combustível fóssil e produzir explosão, mas com a importante diferença de que durante a sua combustão não é gerado CO2, apenas H2O, ou seja, água. O hidrogénio pode ser utilizado como combustível basicamente com a mesma tecnologia que os combustíveis fósseis e desenvolver uma potência semelhante. A complexidade do hidrogénio reside no seu manuseamento, uma vez que tem de ser armazenado sob pressão e, por ser uma molécula tão pequena, é propenso a fugas.
A outra aplicação do hidrogénio nas viagens à Lua foi para a geração de eletricidade a bordo dos módulos das missões Apollo. Da mesma forma que, usando eletricidade, é possível separar a água em hidrogénio e oxigénio por meio de eletrólise, combinando hidrogénio e oxigénio em uma célula de combustível é possível produzir eletricidade e água. Três pilhas de combustível forneciam energia suficiente para fazer funcionar todos os instrumentos da sonda espacial. Além disso, a água resultante da reação que combinava o hidrogénio e o oxigénio era usada no sistema de refrigeração de alguns aparelhos e até mesmo como água potável para a tripulação, embora com alguns inconvenientes, como o mau sabor e as bolhas de gás que se formavam em condições de ingravidez.
Pilha de combustível de hidrogénio das missões Apollo. Fonte: Wikipedia. Autor: James Humphreys – SalopianJames CC BY-SA 3.0.
O hidrogénio e a transição energética
O papel que se espera que o hidrogénio desempenhe na transição energética contempla tanto a sua utilização como combustível como a geração direta de eletricidade.
No que diz respeito à sua utilização como combustível, atualmente o hidrogénio pode ser utilizado misturado com gás natural até uma determinada concentração sem alterar a tecnologia existente. A utilização de hidrogénio misturado com gás natural num ciclo combinado para gerar eletricidade ou injetando-o diretamente na rede de distribuição de gás pode ajudar a reduzir as emissões de CO2 e a diminuir a demanda de gás natural.
Quando utilizado para a geração direta de eletricidade através da reação química com oxigénio, a sua aplicação mais visível é nos veículos a hidrogénio. Um carro movido a hidrogénio funciona com um motor elétrico, mas, ao contrário dos carros elétricos recarregáveis, a eletricidade necessária para o seu funcionamento é gerada no próprio veículo, numa pilha de combustível que faz reagir o hidrogénio com o oxigénio do ar para produzir eletricidade. A eletricidade alimenta o motor elétrico e o único resíduo é a água produzida durante a reação.
É comum comparar veículos a hidrogénio com veículos elétricos a bateria, e existe um debate muito interessante sobre qual das duas opções deve ser escolhida para a descarbonização dos transportes. No entanto, há também quem defenda o senso comum de uma coexistência das duas tecnologias no futuro parque automóvel.
Entre as vantagens do veículo a hidrogénio em relação ao veículo a bateria destacam-se a autonomia, o peso e o tempo de reabastecimento. Entre as desvantagens encontram-se a complexidade, a eficiência e, pelo menos por enquanto, o preço e a disponibilidade de pontos de reabastecimento. A AleaSoft prevê que cada tecnologia terá a sua quota de mercado de acordo com a utilização e as necessidades do veículo. Em carros de uso diário com distâncias médias inferiores a 200 km, o carro elétrico a bateria é perfeitamente adequado se puder ser recarregado durante a noite ou enquanto estiver estacionado. Para veículos que requerem mais energia para percorrer distâncias mais longas, como camiões, barcos ou aviões, ou veículos em que o tempo de recarga é penalizante, como os táxis, o hidrogénio será uma opção mais viável.
Mas o papel fundamental do hidrogénio na transição energética, segundo os especialistas da AleaSoft , será na sua combinação com as renováveis. As desvantagens de uma fonte de energia renovável intermitente, como a eólica ou a fotovoltaica, podem ser resolvidas usando o hidrogénio como armazenamento de energia. Quando há excedente de energia elétrica ou quando o preço do mercado elétrico está muito baixo, pode-se usar a geração renovável para produzir hidrogénio. Esse hidrogénio pode ser armazenado e reconvertido em eletricidade numa célula de combustível quando o preço do mercado estiver mais vantajoso, ou mesmo vendido diretamente para uso como combustível ou para reabastecimento de veículos a hidrogénio.
A produção de hidrogénio
Para que o hidrogénio possa ajudar eficientemente a reduzir as emissões de CO2 é necessário que não seja gerado CO2 durante a sua produção. Gerar hidrogénio diretamente a partir da eletrólise da água é caro, pois é um processo que requer muita eletricidade. Por isso, atualmente, a maior parte do hidrogénio é produzida a partir do gás metano. No processo de reformagem a vapor, a partir de cada molécula de gás metano são produzidas quatro moléculas de hidrogénio, mas também uma molécula de CO2.
Mas gerar hidrogénio por meio da eletrólise não significa que não haja liberação de CO2. Se a eletricidade usada para a eletrólise não for 100% renovável, então houve emissão de CO2 em algum momento da geração do hidrogénio. É aqui que a sinergia entre o hidrogénio e as energias renováveis tem um papel fundamental a desempenhar. Por exemplo, uma central de produção de hidrogénio associada a uma central fotovoltaica implica dispor de energia renovável a um custo muito baixo para produzir hidrogénio 100% livre de emissões de CO2.
Revolução do hidrogénio + revolução fotovoltaica
O futuro do hidrogénio apresenta desafios muito interessantes que implicarão melhorias importantes na eficiência da sua utilização, como combustível e em pilhas de combustível, e da sua produção por eletrólise. A sua natureza de gás renovável e não poluente posiciona-o como vencedor indiscutível face aos combustíveis fósseis poluentes e não renováveis.
De acordo com a AleaSoft, a revolução do hidrogénio será completa se for acompanhada pela revolução fotovoltaica, pois ambas compensam as deficiências uma da outra e são complementares. A capacidade de usar o hidrogénio para armazenar energia suprirá a intermitência da energia fotovoltaica e significará não ter que vender a produção quando os preços do mercado elétrico estiverem mais baixos. Para o hidrogénio, a energia de baixo custo e de origem renovável da energia fotovoltaica é a chave para ter um gás que possa substituir gradualmente outros combustíveis, como o gasóleo, a gasolina e, posteriormente, o gás natural.
Fonte: AleaSoft Energy Forecasting.
