Hidrogênio e Células de hidrogênio já são o futuro da energia barata e sustentável

Hidrogênio e Células de hidrogênio já são o futuro da energia barata e sustentável

Por:
106 acessos

Minhas livres tradução, seleção, interpretação e resumo inclusivo de IMPORTANTE diagnostico de 2019: “The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system” = “O papel do hidrogênio e das células de combustível no sistema global de energia”, pelo pesquisador Mr. Ian Stalffe et all – do  Imperial College London e da Royal Society of Chemistry, também com bases em diversos estudos sobre o papel do hidrogênio no futuro das  novas energias (como pelo US Department of Energy, “The Green Hydrogen Report”, NREL, 1995). Vide em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee01157e#!divAbstract .

RESUMO  (VIDE PRINCIPAIS CONCLUSÕES AO FINAL) -

“Entre as novíssimas fontes e combustíveis, o hidrogênio, sem duvidas, a grande contribuição essencial para a mobilidade sustentável do futuro, ao lado de carros movidos a bateria. Os carros do tipo FCEV podem representar tecnologia de “emissão zero” e permitir que os usuários mantenham seus hábitos de direção entre flexíveis e normais. O hidrogênio pode ser duas vezes mais eficiente do que a gasolina e muito, e muito, mais sustentável. Mas, ainda é essencial reduzir os seus custos de infraestrutura para transporte e distribuição. Vide estudo bem amplo em inglês em; https://www.eetimes.com/ec-to-bet-on-hydrogen-fuel-cell-vehicles/# . “

“As tecnologias recentes (MODERNÍSSIMAS E AINDA POUCO DESCRITAS/ESTUDADAS OU SEQUER BEM CONHECIDAS NO BRASIL), tanto de HIDROGÊNIO COMBUSTÍVEL DIRETO - também obtido direta ou de forma elétrica hibrida (fontes próprias e locais como biogás, singás, solar PV e solar PTC) pela eletrolise imediata e altamente técnica até de água, como de CÉLULAS DE HIDROGÊNIO e em especial POSSÍVEL DE SINGÁS DE LIXOS/BIOMASSAS/FEZES/RESÍDUOS/SOBRAS, já com bons teores de h2 e concentrável/purificável - sofreram ciclos de expectativas boas a excessivas, seguidas de desilusões nas ultimas décadas, pelas fortes concorrências e lobbies dos derivados de petróleo sujo, gás natural, carvão e até do etanol e do biodiesel. No entanto, um crescente corpo de evidências sugere que essas tecnologias formam uma opção atraente para a profunda descarbonização dos sistemas energéticos globais, e que as recentes melhorias em seus custos e desempenho apontam também para a elevada viabilidade econômica”.

“Este artigo é uma revisão abrangente do papel potencial que o hidrogênio já tem e poderá desempenhar no fornecimento de eletricidade, calor, indústria, transporte e armazenamento de energia em um sistema de energia de baixo carbono, e uma avaliação do status do hidrogênio em poder cumprir esse objetivo potencial. Atualmente, o hidrogênio combustível já está bem estabelecido em certos nichos, como usos motrizes em empilhadeiras (cfe. permite as atuais leis ambientais e, sobretudo, protetoras/concorrenciais), enquanto as demais principais aplicações estão chegando.”

“São duas técnicas e fins diferentes, mas os veículos a hidrogênio combustível já estão disponíveis comercialmente em vários países e muitos sistemas de aquecimento doméstico à base de células de combustível já foram vendidos. Isso representa uma mudança radical da situação já nos últimos cinco anos”.

 “Esta revisão mostra que os desafios em torno de custos e desempenhos permanecem e ainda são necessárias melhorias consideráveis para que o hidrogênio se torne realmente competitivo, mas esta competitividade do futuro ocorrerá em médio prazo e já não parece mais uma perspectiva irreal, o que justifica totalmente o crescente interesse e apoio político a essas tecnologias em todo o mundo”.

DIAGNÓSTICO  (resumido) - 

“O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo, mas não na forma natural. Por esse motivo, não é exatamente uma fonte renovável e deve ser produzida com sistemas diferentes. Portanto, o impacto ambiental geral da mobilidade do hidrogênio depende da fonte de energia usada para produzi-la. Se você usar fontes de energia renováveis para produzir hidrogênio, o impacto ambiental será mínimo. Por outro lado, se fontes fósseis são usadas, o impacto ambiental é muito maior.”

“O hidrogênio pode ser produzido através de dois processos e tecnologias de produção diferentes: reforma e eletrólise. A reforma tem um maior impacto ambiental, pois envolve a extração de petróleo, transporte e refino. A eletrólise é o processo de divisão das moléculas de água de H2O em átomos individuais de hidrogênio e oxigênio através da reação química induzida pela eletricidade. Este processo de produção não emite gases poluentes, mas requer uma grande quantidade de energia. O processo de eletrólise consiste em uma corrente de baixa tensão que flui através da água para liberar oxigênio e hidrogênio em uma forma gasosa.”

“Uma das qualidades do hidrogênio é a sua densidade energética específica muito alta, 40.000 wh / kg, ou 236 vezes a energia específica das baterias de íons de lítio. Isso significa que os veículos movidos a hidrogênio são mais leves que os movidos a bateria e têm um alcance mais extenso. Além disso, o reabastecimento de hidrogênio leva apenas alguns minutos em comparação com várias horas para carros movidos a bateria.”

“As células de combustível recebem dois fluxos de entrada: hidrogênio do polo negativo e oxigênio do polo positivo. O catalisador contido no motor a hidrogênio faz com que os elétrons se separem do núcleo, e essa reação libera eletricidade. Os elétrons se movem para o polo positivo e se juntam aos átomos de oxigênio, que recebem uma carga negativa. A união do hidrogênio com o oxigênio produz uma reação química cujo produto final é a água. O que é emitido é vapor de água, que pode ser liberado diretamente na atmosfera por carros a hidrogênio.”

“Assim, na pratica, veículos de hidrogênio convertem energia química em mecânica. O hidrogênio pode queimar diretamente em um motor de combustão interna e, neste caso, temos um veículo com um motor de combustão interna de hidrogênio chamado “HICEV”. Ou pode ser usado para causar uma reação com oxigênio em uma célula de combustível, produzindo eletricidade. Esse tipo de veículo é chamado “FCEV” (veículo elétrico a célula a combustível) e, nos últimos anos, o “FCEV” chamou a atenção de muitos fabricantes”.

“Os “FCEV” são alimentados por um motor elétrico e possuem uma usina a bordo para permitir a produção e o gerenciamento de hidrogênio. O impacto ambiental dos carros movidos a hidrogênio é raso, pois eles não geram emissões poluentes (gases de efeito estufa, partículas finas etc.), mas apenas vapor de água.”

“As produções de hidrogênio e as células de combustível sofreram uma "década perdida", pela pressão da economia suja e insustentável do petróleo depois que as expectativas deles após os anos 2000 não se concretizaram (agora em queda franca e pelos próximos 30 a 50 anos, fadadas a quase desaparecer segundo os principais analistas/consultores mundiais – substituídas que serão, exatamente, pelas fontes elétricas, desde que de algumas fontes realmente sustentáveis em longo prazo, mais do hidrogênio combustível direto, da célula de hidrogênio e de outras menores, inclusive da cinética e eletrostática das quedas gotas d’agua (exclusive nucleares/protônicas)), tudo exatamente pela forte pressão socioambiental contrária e conjunta dos povos, a maioria de jovens, e das mudanças climáticas em cursos visíveis, notadas e sentidas, mas ainda negadas por muitos”.

“Três fatores recentes estão permitindo que o setor de energia de hidrogênio recupere os impulsos – intensos e recentes -, pesquisadores, desenvolvedores e fabricantes/produtores/vendedores: 1) Primeiro, as melhorias na tecnologia e na fabricação significam que os sistemas que custavam US $ 60.000 em 2005, agora custam US $ 10.000 recente em 2018; 2) Em segundo lugar, os produtos comerciais estão se tornando amplamente disponíveis e está ocorrendo uma aceitação significativa em setores específicos, como na microgeração japonesa e em empilhadeiras norte-americanas; 3) Em terceiro lugar, uma forte determinação global para mitigar as mudanças climáticas é acompanhada de uma crescente percepção de que a atual ainda chamada de energia limpa sozinha já é insuficiente para tanto, devido à complexidade da descarbonização bem maior e mais rápida necessária dos setores de aquecimentos mais de transportes”.

Contata-se hoje “ abrangentes e avançados usos de hidrogênio e de suas células de combustível nos setores de transporte, calor, indústria, geração e armazenamento de eletricidade, abrangendo tecnologias, economia, requisitos de infraestrutura e políticas governamentais. Tudo indica que essas tecnologias de hidrogênio podem desempenhar importância de forma muito significativa no futuro próximo, mesmo que ainda como um complemento flexível e versátil para a eletricidade, e para oferecer aos usuários finais mais opções sobre como descarbonizar os serviços de energia em que confiam”.

“Embora haja fortes motivos para acreditar que o hidrogênio e as células de combustível podem experimentar uma trajetória de custos e desempenhos semelhantes à dos atuais sistemas solar PV fotovoltaico mais de bancos de baterias, sistemas eólicos e de processamentos de biomassas, lixos, resíduos, sobras e fezes/esgotos para biogás ou singás, vários desafios ainda devem ser superados para que as células de hidrogênio ou de seu uso direto como combustível finalmente alcancem seu potencial”.

“Recente, treze empresas internacionais formaram o Conselho de Hidrogênio para posicionar o hidrogênio entre as principais soluções da transição energética. Contudo, fazer isso envolve aceitar e vencer muitos desafios, e até comprar muitas brigas, em torno de sua complexidade e diversidade, a saber:

(1) O hidrogênio pode ser produzido a partir de muitas matérias-primas e processos, como diferentes gases de efeito estufa e outras emissões (inclusive do biogás de digestores e de aterros sanitários, lentos e caros, mais do nosso singás, rápido e barato, de nossos singaseificadores de lixos, resíduos de processamentos, sobras de alimentos, biomassas, fezes humanas e animais etc.. - vide meus artigos anteriores com minhas recentes 14 patentes solucionadoras ambientais e já depositadas no INPI mais descritivos parciais de suas tecnologias) e custos e requisitos de infraestrutura;

(2) O hidrogênio pode ser usado de várias maneiras, inclusive sem células a combustível, enquanto as células a combustível podem operar usando outros combustíveis que não o hidrogênio;

(3) As células de hidrogênio e como combustível direto nos veículos mais modernos e recentes podem contribuir energética e ambientalmente de várias maneiras, abrangendo todo o sistema energético;

(4) A infraestrutura de produção/captação de hidrogênio pode ser dispendiosa neste inicio (vide acima que já reduziu muito de  US $ 60.000/sistema em 2005 para US $ 10.000 em 2018), mas os caminhos ainda incluem várias rotas incrementais de baixo custo (inclusive,  a bastante da simples e barata eletrólise direta e segura da agua) que 'pegam carona' nas redes estabelecidas e que, geralmente, são bastante negligenciadas em outros R&D e processos/projetos.”

Já em março de 2017, avaliou-se o status e as perspectivas futuras de hidrogênio direto e de suas células de combustível em futuros sistemas de energia.

“Tal revisão e avaliação abrangeu os seguintes potenciais e exigências (lista abaixo) de usos sustentáveis e com bons resultados (se de interesse real: vide diversos tópicos bem detalhados e com muitos dados e gráficos, inclusive comparativos dos usos; custos; implantações/manutenção de estações de abastecimentos veiculares de todos os portes e até de motos e grandes caminhões mais grandes trens, navios e aviões; moderníssimas usinas geradoras elétricas/aquecimentos residenciais, comerciais e industriais/refrigerações idem, INCLUSIVE EM SISTEMAS MISTOS DE CHP “Combined heat and power” - ; mais diversos resultados econômico-financeiros-ambientais - inclusive sobre descarbonizações comparadas - e potenciais, ISOLADOS OU HÍBRIDOS, do hidrogênio/células de combustíveis veiculares e energéticos “versus” demais fontes, no diagnostico em inglês):

• O setor de transporte, veículos pessoais e veículos maiores de carga e transporte públicos pesados;

• Produção de calor para usuários residenciais, comerciais e industriais;

• Integração do setor elétrico, equilibrando energia renovável intermitente;

• Necessidades de infraestrutura, opções para o uso de sistemas de gases existentes, requisitos de compressão e pureza; e

• Desafios políticos, suporte global e metas para hidrogênio e células a combustível.”

“Comparativamente, o hidrogênio é superior ao metano em termos de custos e de simplicidades de processos produtivos. Na sua implementação mais básica, o processo está sendo usado para fornecer combustível para o crescente número de postos de abastecimento de hidrogênio. Contudo, ainda há um número crescente de projetos-piloto de produção de energia por metano em andamento (a maior parte por desconhecimentos ou interesses diversos de multis cartelizadas, vez que, embora um pouco limpo, mas somente se muito bem purificado, de forma caríssima, antes de sua queima final para produzir energia e somente liberando muito CO2), com a Europa liderando.”

“No geral, a energia de metano tem eficiência na faixa de 49% a 65%, enquanto a energia de hidrogênio alcança eficiências na faixa de 51% a 77%. As estimativas indicam que o custo nivelado de produção de energia (LCOE = “levelized cost of energy”) com metano já é de 15% a 30% MAIOR do que usando a conversão simples para hidrogênio”.

“Produzir hidrogênio de baixo carbono e competitivo, em termos de custo e em várias escalas, já é, sem dúvidas, o maior desafio para o desenvolvimento do sistema de energia a hidrogênio. Aproximadamente 45–65 milhões de t. métricas/ano de hidrogênio são produzidas, sendo que a maioria ainda vai para a indústria química e petroquímica e um pouco vai para a produção de energia (ainda apenas cerca de 1% do suprimento global energético de h2).”

“Cerca de 48%-50% disso é produzida pela reforma/reciclagem/recirculação do vapor obtido a partir do gás natural; 30% da oxidação parcial de produtos de petróleo bruto; 18% da gaseificação de carvão e ainda APENAS, 4% da eletrólise da água (A MEU VER, A FONTE MAIS SIMPLES, MAIS BARATA E COM MELHOR POTENCIAL, INCLUSIVE VEICULAR). Adicionalmente,  várias rotas emergentes de produção de hidrogênio estão em estágios iniciais de desenvolvimento, incluindo eletrólise a vapor em alta temperatura; separação solar termoquímica de água (fotossíntese artificial) e produção biológica de hidrogênio”.

DESTACAREMOS DUAS DAS FORMAS/FONTES ACIMA, POR SEREM NOSSOS PRINCIPAIS FOCOS DE PATENTES E P&D (R&D) RECENTES:

“A maior parte do atual hidrogênio CONSUMIDO (não do produzido) – de forma comparativa, exceto de custos e de disponibilidades de matérias-primas – proveio da reforma/reciclagem química do metano (CH4), ou seja, ainda de uma tecnologia não sustentável (com eficiência media de 72%, mas com baixo consumo elétrico próprio e médio de 46 KWh por kg de H2 produzido), seguida pela eletrólise da água com eficiência media de 61% (consumo elétrico próprio e médio um pouco maior de 55 KWh por kg de H2 produzido) mais pela gaseificação de carvão natural em fornos/altofornos com media de eficácia de 56% (consumo elétrico próprio e médio de 59 KWh por kg de H2 produzido) e pela singaseificação de biomassa para singás em modernos singaseificadores em aço com eficiência média de 46% (consumo elétrico próprio médio mais ainda elevado de 72 KWh por kg de H2 produzido).”

PRODUÇÕES VIA REFORMAS/RECICLAGENS DE GÁS NATURAL SUJO E NÃO SUSTENTÁVEIS – vide antes e após

PRODUÇÕES SUSTENTÁVEIS VIA SINGÁS DE MATÉRIAS-PRIMAS SUJAS (LIXOS, BIOMASSAS, SOBRAS E RESÍDUOS DE ALIMENTOS, FEZES ANIMAIS E HUMANAS, DETRITOS, ESGOTOS ETC..) -

“A oxidação parcial mais a combustão incompleta de misturas ricas em combustível, mesmo que de matérias-primas ditas como sujas e contaminantes (lixos, biomassas, fezes, esgotos, resíduos, sobras etc..) é muito boa  para produzir singás e até o hidrogênio nele contido. Esta forma energética é mais versátil do que a reforma de combustíveis derivados de petróleo inclusive de gás natural, permitindo a utilização de maior variedade de combustíveis sujos e prossegue mais rapidamente, sem a necessidade de entrada de calor externo (permitindo reatores menores). No entanto, o rendimento de hidrogênio ainda é menor do que 35% a 45% do conteúdo final do singás (o que significa mais matéria-prima necessária para a produção de H2) e o singás resultante requer limpeza adicional e muita concentração”.

PRODUÇÕES SUSTENTÁVEIS VIA ELETROLISE ALCALINA DA ÁGUA E DE SÓLIDOS (COM A FONTE ELÉTRICA MÍNIMA NECESSÁRIA, PROVINDA DE FONTES LIMPAS PRÓPRIAS E LOCAIS E/OU VIZINHAS, COMO SOLAR FV FOTOVOLTAICA OU SOLAR PTC POR CALHAS HELIOTÉRMICAS OU EÓLICA OU BIOGÁS OU SINGÁS ETC ..) –

“As células de eletrólise alcalina (AEC) são a tecnologia mais usada e com uma história de 100 anos, mas a tecnologia de extração pela membrana eletrolítica de polímeros (PEMEC) ainda é a que está atingindo rapidamente a maturidade e é de particular interesse para aplicações de produção de energia por gases, enquanto eletrolisadores de óxidos sólidos estão em transição do laboratório para a fase de demonstração.”

“Hoje, os eletrolisadores alcalinos para produção de h2 são a tecnologia mais madura, durável e barata. Uma corrente de tensão direta é aplicada entre um ânodo e um cátodo submerso em um eletrólito alcalino. As unidades podem ter vários MW de tamanho, mas têm uma faixa operacional limitada (do mínimo de 20% a 40% até 150% da capacidade de projeto) e tempos de início lentos. Com o crescente interesse na integração com energia renovável, o desenvolvimento visa a melhorar sua operação dinâmica”.

“Já os eletrolisadores de óxido sólido (SOEC) usam um eletrólito de cerâmica sólida e operam a temperaturas muito altas (700 –900° C), permitindo maior eficiência elétrica do que outros eletrolisadores. A degradação e a vida útil do material são falhas críticas que devem ser melhoradas”.

“Os custos de capital para os eletrolisadores são altos, cerca de US $ 1300 por KW para AEC (líquidos alcalinos) e US $ 2500 por KW para PEMEC (polímeros), embora estes estejam diminuindo rapidamente”.

A ALTA COMPRESSÃO NECESSÁRIA DO HIDROGÊNIO, SE POSSÍVEL, VIA ENERGIA PRÓPRIA -

“O hidrogênio é produzido em uma variedade de pressões nas diferentes opções e pode ser gerado de 15 a 80 bar por eletrolisadores em alta pressão”.

“Para armazenamento, o hidrogênio deve ser comprimido ou liquefeito (como no GLP) para obter densidade de energia suficiente. Atualmente, o H2 altamente comprimido é a opção preferida para armazenamento a bordo de veículos (células de H2), evitando as perdas de liquefação e evaporação e outras”.

“As estações de reabastecimentos armazenam hidrogênio em tanques de alta pressão (825–950 bar) para permitir reabastecimento rápido, mas o que pode ser muito perigoso, devido ao alto poder explosivo (como no antigos botijões de GLP)”.

ESTOCAGENS SEGURAS DE HIDROGÊNIO COMBUSTÍVEL E DE CÉLULAS DE HIDROGÊNIO –

Na Noruega é conhecida a famosa “Rota do Hidrogênio” (ou “estrada do hidrogênio”), já com 7 postos da Hynor em 580 km de extensão da rota desde 2009. A velocidade máxima dos veículos era de 100 km/hora e eles só tinham autonomia para rodar 200 a 300 km. Vide https://super.abril.com.br/comportamento/a-rota-do-hidrogenio/

Além das armazenagens em tanques e em alta pressão acima, vejamos outros projetos e plantas com outros tipos de estocagens volumosas e seguras.

“Dispor de um sistema adequado para armazenar o hidrogênio tem sido um dos maiores obstáculos para a sua grande escalar. Tais dificuldades se devem às suas caraterísticas físicas e químicas por haver uma grande densidade energética por unidade de massa e apresentar uma baixa densidade de energia volumétrica, tanto em estado liquido, como gasoso” (por isto no Brasil, os tais curiosos e pretensamente heroicos/revolucionários “carros à água  - eletrolise da água, liberando o oxigênio, mas sem estocar ou conter o  perigoso e explosivo hidrogênio - ou explodem ou acabam seu motores em até 90 dias).”

“O armazenamento sazonal de hidrogênio para equilibrar a geração renovável terá um custo competitivo em 2050, diz a DNV GL, empresa de consultoria da Noruega que assessora os setores de energia e transporte marítimo. A empresa modelou a produção ininterrupta de hidrogênio por todo um verão, usando unidades de eletrólise movidas a eletricidade comercializada. O hidrogênio seria comprimido e armazenado no subsolo em cavernas de sal ou campos de gás empobrecidos, e no inverno seguinte seria convertido sem interrupção em eletricidade, usando células de combustível. O equilíbrio diário será alcançado usando baterias e hidrelétricas bombeadas. Na medida em que toda a rede funcionasse com fontes renováveis no verão, o hidrogênio será "verde" ou produzido de forma renovável. Um projeto nesse sentido já está em desenvolvimento em Utah e usa  cavernas subterrâneas de sal para armazenar hidrogênio. O hidrogênio é produzido de forma renovável até 2045, para ajudar Los Angeles a atingir sua meta de energias renováveis.”

“O estudo da DNV GL também considera que o hidrogênio produzido em outro continente usando energia solar, armazenado no estado em que se encontra, ou após a conversão em amônia ou metano sintético, é enviado para seu destino a cada inverno. Essas opções têm custos mais do que o dobro do hidrogênio produzido localmente, pois envolvem mais etapas, cada uma com seus próprios custos. Todas as opções foram comparadas à combustão de gás natural no inverno com um imposto de carbono, fixado em 54 euros por tonelada métrica de dióxido de carbono.”

“A DNV GL projeta que um negócio de armazenamento sazonal será precedido por um mercado de combustíveis sintéticos. É o caso do projeto de armazenamento de hidrogênio de Utah, onde os planos para os primeiros anos do projeto exigiram que o hidrogênio fosse misturado ao gás natural para combustão em turbinas a gás.”

“A DNV GL também projeta que, em 2050, uma ampla capacidade de armazenamento de curto prazo estará disponível, na forma de baterias de rede para usos de veículos pela rede elétrica e hidrelétricas bombeadas, tudo para acomodar ciclos diários e semanais em geração renovável e demanda de eletricidade.”

“Vide em https://pv-magazine-usa.com/2020/03/13/hydrogen-is-the-first-viable-option-for-seasonal-storage/ “

Adicionalmente, e ainda sobre estocagens, “segundo cientistas da Universidade Tecnológica de Clausthal, em conjunto com o Instituto Federal de Investigação e Ensaios de Materiais de Berlim (Alemanha), eles encontraram a solução do problema de estocagem de hidrogênio. Para tanto, pesquisaram, descobriram, testarem e propõem  armazenar hidrogênio sob alta pressão em micro esferas de vidro oxídrico. Elas serão contidas em tanques portáteis de fibra de carbono”.

“Assim, tudo indica que armazenar o hidrogénio em alta pressão em microesferas de vidro será uma revolução nos carros elétricos com célula de combustível e pode estar próxima.  Vide em https://www.portal-energia.com/hidrogenio-alta-pressao-revolucao-carros-eletricos/ “

OFERTAS EXTERNAS DE VEÍCULOS, CÉLULAS, MAQUINAS E EQUIPAMENTOS À HIDROGÊNIO  MAIS DE PEÇAS DE REPOSIÇÃO E COMPONENTES -

Obs: Sobre os possíveis preços externos em US$ dos veículos, máquinas e equipamentos geradores/aquecedores em ofertas, em geral, há que se acrescentar entre 20% e 30% para internação no Brasil, pois, mesmo sendo itens sem similar no Brasil e para funções ambientais, infelizmente, ainda há uma incidência mínima de 16,5% de impostos de importação (conforme os HS Code dos conjuntos completos mais das fundamentais peças de reposições para estoques mínimos), exceto ICMS e outros estaduais, mais de 2 fretes e despesas de portos.

1)    S-FUELCELL - Máquinas sul-coreanas com células de Hidrogênio para produzir eletricidade e/ou aquecimentos em edifícios.

Vide em https://fuelcellsworks.com/news/korea-s-fuel-cell-exports-hydrogen-fuel-cells-for-buildings-to-china/

2)    Hyzon Motors Inc (HYZON) – Caminhões pesados norte-americanos FCEV de grande porte (torque ofertado acima de 100 KW) e movidos à células de Hidrogênio.

https://fuelcellsworks.com/news/hyzon-motors-inc-is-officially-launched-with-a-hydrogen-fuel-cell-heavy-vehicle-integration-facility-in-ny-state-usa/

3)    Hyundai Construction Equipmentos (HCEN) – Retro escavadoras pesadas sul-coreanas, movidas à células de Hidrogênio.

https://fuelcellsworks.com/news/hyundai-construction-equipment-hce-to-develop-hydrogen-fuel-excavators-with-hyundai-motors/

4)    HES ENERGY SYSTEMS– Fabricante sul-coreana de pequenas células de hidrogênio sob alta pressão de até 700 bar para pequenos veículos (inclusive drones) mais de novíssimas baterias de litio-hidrogenio para utilizar ou estocar até 8 KWh por até 6 horas/dia mais de células de H2 para fornecimento de eletricidade de 24 KWh a 48 KWh.

https://www.hes.sg/?gclid=Cj0KCQjw6sHzBRCbARIsAF8FMpURNRuDYEQjd71deNzv_xOw3zQSuyPVUieX7h8zdT6VXgrj6wG6Qe4aAu3vEALw_wcB

5)    VINATECH– Fabricante sul-coreana de equipamentos e peças para células de hidrogênio.

https://www.vina.co.kr/eng/?gclid=Cj0KCQjw6sHzBRCbARIsAF8FMpU_XcTL4EhGsmaS-K8j81MvjTEXMspPWgB7CkLESU0n8Eq8jfyN7BoaAkNjEALw_wcB

PRINCIPAIS CONCLUSÕES -

“O hidrogênio caiu em desuso desde os choques do petróleo nos anos 70 e continua sendo uma opção marginal do sistema energético. No entanto, os principais fabricantes de veículos agora o pesquisam avidamente: Honda, Toyota e Hyundai lançaram os primeiros veículos de célula a combustível de hidrogênio produzidos em massa, e as células de combustível agora já aquecem milhares de casas no Japão e Asia. As empresas pioneiras, principalmente no Japão, estão começando a ver oportunidades lucrativas de exportação de tais estações”.

“O hidrogênio pode desempenhar um papel importante ao lado da eletricidade na economia de baixo carbono, com a versatilidade de fornecer serviços tanto de aquecimentos, como de transportes e sistemas de energias. Ele ainda não sofre o requisito/pressão fundamental para o balanceamento instantâneo da oferta e demanda e, portanto, permite rotas complementares para uma descarbonização mais profunda. As inúmeras vias de produção, distribuição e consumo de hidrogênio apresentam compensações complexas entre custos, emissões, escalabilidades e requisitos de pureza e pressão, mas fornece uma infinidade de opções que podem ser exploradas dependendo das circunstâncias locais (por exemplo, como energia renovável e/ou sistemas instalados em locais mais adequados para sequestro de Co2)”.

“Células de hidrogênio e combustível de hidrogênio não são sinônimos; eles podem ser implantados em combinação e/ou separadamente. As células de combustível também podem operar, de forma mista, com gás natural (altos teores de C3H8 =  propano mais de C4H10 =  butano), o que evita a sua combustão e, portanto, produção/liberação de 90% dos poluentes transportados pelo ar. O hidrogênio pode ser queimado em motores e caldeiras sem produção de CO2  e quase zero de emissões de NOx. Quando usadas juntas, as células a combustível de hidrogênio são de emissão zero no ponto de uso, mas com as emissões gerais dependentes do método de produção do combustível (como na eletricidade)”.

“Os custos atuais (2019) dos veículos com células de combustível AINDA são altos em relação aos veículos elétricos a bateria, mas com a produção em massa, eles podem alcançar a paridade de preços até 2025-2030”.

“Também, o alcance da condução do veiculo a hidrogênio (distância ou autonomia) e o tempo de reabastecimento são significativamente melhores do que nos veículos elétricos "premium", o que é particularmente vantajoso para ônibus, mercadorias pesadas e outros veículos altamente utilizados.”

“Uma das desvantagens dos veículos elétricos, que pertencem ao setor de eletro-mobilidade, é que eles têm longos tempos de carregamento. Esse é um problema que pode ser resolvido com o abastecimento de hidrogênio, também chamado de abastecimento de células. As células de hidrogênio exploram a mesma energia usada pelas sondas para alcançarem a órbita da Terra.”

“Como exemplo, temos o recente veiculo japonês, puro e não hibrido” – já movido à célula de hidrogênio = célula de combustível (tipo uma pilha gigante,  com o H2 armazenado em alta pressão em tanque de carbono reforçado e na traseira) - de nome “Mirai”, com 1.850 kg e 154 CV da japonesa Toyota e que está sendo preparado  para transportar atletas na próxima Olimpíada de 2020 no Japão (na Coreia do Sul, também temos o Hyundai ix35 Fuel Cell, que depois evoluiu para o Nexo, um segundo modelo em oferta)”.

“O Toyota Mirai utiliza o Sistema de Células de Combustível da Toyota (TFCS) e oferece a tecnologia de células de combustível e a que é típica de carros elétricos híbridos. Outro carro a hidrogênio é o Honda Clarity Fuel Cell. O sedan japonês pode percorrer uma distância de 650 km e uma velocidade máxima de 165 km por hora, graças aos 177 cavalos de potência do inovador motor. O Audi H Tron, o BMW i Hydrogen Next e o Hyundai NEXO são de particular interesse entre os carros a hidrogênio”.

“Os carros a hidrogênio consomem em média 1 kg de combustível por 100 km. O preço médio do hidrogênio é de 10 euros por kg: pode-se supor que um tanque cheio pode custar cerca de 50 euros, enquanto a distância média pode ser comparada à de um carro a gasolina”.

“Tal carro japonês “Mirai”, literalmente, só expele/urina água e já tem meta de venda de 30 mil unidades em 2020 (preço de US$ 70 mil no Japão, sendo US$ 20 mil pagos pelo Governo),  mas o preço do seu hidrogênio - um quilo do gás custa € 13,80/kg - ainda é 20% superior ao da gasolina e o dobro do custo com eletricidade (comparando, na Europa uma recarga elétrica rápida custa € 0,50 por kWh e, no fim das contas, para recarregar uma bateria de 90 kWh como a do Jaguar I-Pace gasta-se € 32. Já no Mirai, para rodar os mesmos 400 km em comparação, gastaria € 69, mais que o dobro). Contudo, o abastecimento de h2 – já com possíveis 900 estações no Japão em 2020 - ocorre em apenas 3 a 5 minutos e com ele pode-se rodar até 550 km, cerca de 100 km mais do que nos melhores elétricos puros. A capacidade do tanque do Miraí é de, incríveis, apenas 5 kg de H2 (lembrando que um botijão caseiro de GLP tem 13 kg, mas sob altíssima pressão); a velocidade máxima é de 179 km/h e o
consumo na cidade de 125 km/kg
e o consumo na estrada é de 83,3 km/kg. Vide mais dados recentes (ambos de outubro de 2019) em https://www.uol.com.br/carros/noticias/redacao/2019/10/12/toyota-mirai-testamos-o-carro-a-hidrogenio-que-levara-atletas-na-olimpiada.htm e anda outros dados em https://motorshow.com.br/avaliacao-toyota-mirai-e-o-eletrico-que-dispensa-recarga/ “.

“Benéfica e rapidamente, assim como os atuais veículos elétricos e, diferentemente dos chamados biocombustíveis (etanol e biodiesel nem tão sustentáveis e ainda emissores de Co2), os veículos com células de combustível podem, realmente, enfrentarem/solucionarem/zerarem os sérios problemas atuais de qualidade do ar urbano, ao produzirem “zero” emissões de escape (só água). Isso já tem e muito terá o potencial de impulsionar a implantação rápida de tais veículos e energias a H2 em cidades, ferrovias, aeroportos, portos marítimos, armazéns etc..”

“Entretanto, tais inovações na descarbonização de calor ainda ficam atrás de outros setores, como bombas de calor, aquecimento urbano e queima de biomassa e todas enfrentam múltiplas barreiras culturais. As famílias estão acostumadas aos sistemas de aquecimento de resposta rápida, compactos e poderosos, mas que já podem serem modificados para usar hidrogênio. Também, o calor e a energia combinados das células de combustível já podem operar na rede atual de gás natural, embora com economia de carbono limitada. Assim, o uso do hidrogênio já apresenta várias opções para descarbonizar essa rede em longo prazo.”

“As tecnologias de hidrogênio também podem suportar sistemas de eletricidade de baixo carbono, hoje dominados por fontes renováveis intermitentes e/ou demandas de aquecimento elétrico. As células de combustível fornecem capacidade controlável que compensa de maneira útil o pico de demanda adicional das chamadas “bombas de calor”. Além de gerenciar a dinâmica de curto prazo, a conversão de eletricidade em hidrogênio ou outros combustíveis (energia em gás) pode fornecer o armazenamento em larga escala e em longo prazo necessário para transferir a eletricidade renovável entre os períodos de superávit e déficit energético”.

“As aplicações de hidrogênio e a infraestrutura de suporte podem ser instaladas de forma incremental e simultânea, com o cuidado de evitar-se investimentos potencialmente errôneos/arrependidos desde o início. As infraestruturas de eletricidade e de gás existentes podem ser usadas para a produção local de hidrogênio em estações de recarga distribuídas e com aquecimentos por células de combustível. Concentrar-se em usuários específicos, como frotas de veículos (por exemplo, ônibus urbanos com depósitos centralizados para reabastecimentos estratégicos e próximos), pode oferecer alta utilização e proporcionar a alta segurança necessária para tal investimento. Dada a diversidade de vias de descarbonização, uma estratégia clara reduzirá os custos da introdução de tecnologias de hidrogênio de uso direto mais de células de combustível h2.”

“A inovação bem-sucedida requer uma política energética focada, previsível e consistente, que é provavelmente o maior desafio na realização do potencial de hidrogênio de uso direto mais das células de combustível. Políticas de interrupção e mudanças frequentes e inesperadas de políticas minam a confiança de que as empresas e as indústrias precisam fazer investimentos de longo prazo em tecnologias de baixo carbono, como hidrogênio direto e as células a combustível.”

“Como no Japão e Coreia do Sul, os países avançados e vencedores/inovadores precisam e devem desenvolver, em curto prazo - um sistema real e não-marqueteiro - de pleno apoio político às tecnologias de hidrogênio direto mais de células de combustível que ofereça a estabilidade em longo prazo necessária para grandes investimentos transformadores.”

“Revisões de políticas, de pontos de decisão e de marcos em um programa de suporte devem ser anunciados com bastante antecedência, como suporte contínuo, mas condicionado ao cumprimento de metas razoáveis de desempenhos e de custos. Dado esse apoio sustentado e o progresso tecnológico das células de hidrogênio e combustível nos últimos anos, há fortes motivos para acreditar que as células de hidrogênio direto mais células de combustível podem experimentar uma trajetória de fortes quedas de custos e valores de investimentos, com desempenhos semelhantes aos dos painéis solares fotovoltaicos (para captar de forma real a irradiância elétrica por apenas 3 a 5 horas/dia, desde que não chuvosos, nublados ou com sombras) mais das novas e bem mais modernas calhas solares parabólicas heliotérmicas PTC (para captar radiação de forma térmica por até 8 horas/dia no Brasil) mais de alguns bancos de baterias se com boa vida útil acima de 5 anos e, em médio prazo, forneça outra opção importante (H2) a complementar e de carbono “zero” e com alta versatilidade e baixos preços futuros para serem implantadas para vários usos e em todo o sistema de energia mundial”.

Vide diagnostico completo e longo em inglês em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee01157e#!divAbstract


Atenção: Para comentar esse conteúdo é necessário ser cadastrado, faça seu cadastro gratuíto.
  • Clicar no botão Entrar caso já possua cadastro no Agrolink
  • Se não tiver cadastro ainda em nosso site Cadastre-se gratuitamente e terá acesso a conteúdos exclusivos
  • Clique aqui todas as vantagens de fazer seu cadastro no Agrolink