O Hidrogénio como vector de energia

Pela primeira vez na história da humanidade temos a capacidade de interferir de modo significativo nos sistemas globais do planeta Terra. Um dos exemplos mais notórios é a interferência antropogénica no sistema climático, formado por várias componentes: atmosfera, hidrosfera, criosfera, biosfera e litosfera.

Cerca de 80% das actuais fontes primárias globais de energia são combustíveis fósseis – carvão, petróleo e gás natural. A sua combustão e as alterações no uso dos solos, especialmente a desflorestação, provoca a emissão para a atmosfera de grandes quantidades de dióxido de carbono (CO2). Parte deste CO2 dissolve-se nos oceanos ou é absorvido pelas plantas verdes por meio da fotossíntese. A outra parte acumula-se na atmosfera provocando o aumento da concentração atmosférica que cresceu desde 280 ppmv (partes por milhão em volume) antes da revolução industrial até 384 ppmv em 2007. Por outras palavras, estamos a sobreutilizar a capacidade de sequestrar o CO2 atmosférico nos oceanos ou nas plantas. O problema da acumulação na atmosfera resulta de que o CO2 é um gás com efeito de estufa (GEE), isto é, que absorve a radiação infravermelha. Os principais GEE presentes na atmosfera são o vapor de água (H2O), cuja concentração é muito variável em função do local e do tipo de tempo que nele ocorre, o metano (CH4), o óxido nitroso (N2O), o ozono (O3) e ainda outros produzidos por síntese química.

Há vários sinais inequívocos de alterações climáticas provocadas pela acumulação de gases com efeito de estuda na atmosfera provenientes de algumas actividades humanas. Para evitar uma interferência perigosa sobre o sistema climático é necessário diminuir a actual forte dependência a nível global dos combustíveis fósseis.

O hidrogénio é uma fonte secundária de energia muito atractiva do ponto de vista ambiental porque o produto da sua combustão é a água. Contudo, devido ao valor baixo da massa molecular do H2, não existe no estado livre na atmosfera terrestre, pelo que é primeiro necessário produzi-lo a partir de outras fontes de energia. Tem a vantagem de que a densidade de energia por unidade de massa de 120 MJ Kg-1 é bastante mais elevada do que a do petróleo, 45 MJKg-1. Porém à temperatura e pressão normais encontra-se no estado gasoso e tem uma densidade muito baixa. Para o densificar podemos liquefazê-lo, mas apenas a temperaturas muito baixas (-253ºC), o que representa um inconveniente para a sua armazenagem.

Consequentemente o desenvolvimento da “economia do hidrogénio” confronta-se com dois problemas significativos cuja solução não é simples: a produção e o modo de utilização do hidrogénio. Consideremos primeiro o último. A solução mais utilizada e promissora é a produção de electricidade a partir de uma pilha de combustível com o hidrogénio como combustível. As pilhas de combustível podem ser utilizadas para alimentar o motor eléctrico de veículos automóveis ou em instalações fixas para produzir electricidade com potências da ordem de alguns milhares de kW. O rendimento energético global de um par de pilhas de combustível – motor eléctrico, pode atingir valores da ordem de 50% a 60%, o dobro dos motores térmicos. Contudo permanecem ainda dois problemas principais; a utilização incontornável de um catalisador para ionizar os átomos de hidrogénio que normalmente é a platina ou metais raros, cujo custo é elevado, e a armazenagem do hidrogénio em que os riscos de inflamabilidade são uma preocupação importante.

A montante há que considerar a problemática da produção de hidrogénio. As principais vias já testadas são a electrólise da água, a produção a partir da biomassa e do gás natural e a gaseificação do carvão. A electrólise é o processo preferível em termos ambientais, dado que pode ser realizada sem utilizar combustíveis fósseis a partir de fontes primárias de energia renováveis ou de energia nuclear. A produção de hidrogénio a partir da gaseificação do carvão tem o problema de provocar emissões de CO2 para a atmosfera. Há ainda a possibilidade de produzir hidrogénio por fotólise da água com a radiação solar e por via catalítica, mas os rendimentos actuais destes processos são ainda muito baixos.

Em conclusão, a fileira do hidrogénio constitui uma contribuição importante e promissora para a solução da actual problemática da energia. É uma tecnologia que está a começar a penetrar os mercados da energia e cujo desenvolvimento irá depender muito dos investimentos em investigação científica e inovação tecnológica que se fizeram no sector.

Filipe Duarte Santos
SIM – Laboratório de Sistemas, Instrumentação e Modelação em Ciências e Tecnologias do Ambiente e do Espaço; FCUL – Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa