Você ainda não pode comprar um carro a hidrogênio. Se você mora na Califórnia, entretanto, pode alugar um. Não bebe gasolina. Não polui o ar. O escapamento é apenas vapor. O combustível misterioso é o hidrogênio. Este é o elemento mais simples e abundante do universo. Alguns especialistas pensam que todos iremos conduzir estes veículos com baixo consumo de combustível dentro de 20 a 30 anos.
A ideia não é nova. A tecnologia de utilização do hidrogénio para gerar energia remonta à primeira parte do século XIX. Isso é mais antigo que o próprio automóvel. A novidade é ver um carro movido a hidrogênio na estrada. Vapor proveniente do tubo de escape em vez de gases malcheirosos. Vários carros a hidrogênio existem hoje. A maioria são carros-conceito. Essas máquinas ecológicas incluem o Chevrolet Equinox. O BMW 745h é outro exemplo. O Honda FCX é o atualmente disponível para locação na Califórnia.
O que torna possível um carro a hidrogênio é uma célula de combustível. Ele converte hidrogênio em eletricidade. Os únicos subprodutos são calor e água. Por não ser poluente, o hidrogénio parece ser o combustível ideal para o século XXI. Muitas pessoas no governo e na indústria automobilística estão entusiasmadas com seu potencial. Os carros a hidrogénio têm potencial para serem eficientes em termos de combustível. Eles oferecem a esperança de uma condução ecológica e ecológica.
“A menos que você viva em partes muito específicas do país e tenha bolsos cheios de dinheiro, não espere um carro a hidrogênio em sua garagem na próxima década.”
Ainda há muitos problemas que precisam ser superados. As perguntas precisam ser respondidas antes que o hidrogênio se torne o combustível preferido. Precisa fazer muita diferença no uso atual de combustíveis fósseis. Por exemplo, onde conseguiremos o hidrogênio? Quão caro será a compra desses carros com baixo consumo de combustível? Você conseguirá encontrar um posto de abastecimento de hidrogênio para reabastecer seu tanque? E talvez o mais importante, como combustível, será o hidrogénio realmente tão não poluente como parece?
Veremos essas questões nas páginas a seguir. Mas podemos lhe dar uma resposta rápida agora. A menos que você more em partes muito específicas do país e tenha bolsos cheios de dinheiro, não espere um carro a hidrogênio na sua garagem na próxima década.
Células de combustível de hidrogênio
Sir William Robert Grove não inventou apenas um gadget. Ele inverteu a física. Em 1839, o cientista galês pegou na eletrólise – o processo de utilização da eletricidade para dividir a água em hidrogénio – e inverteu-a. Ele criou eletricidade e água a partir do hidrogênio. Ele a chamou de bateria voltaica a gás. Chamamos isso de célula a combustível de hidrogênio.
Décadas depois, Francis Bacon refinou a tecnologia. Esta invenção é o coração do moderno veículo a hidrogênio.
Das cápsulas espaciais às ruas da cidade
A General Electric construiu o primeiro sistema prático no início dos anos 1960. Ele alimentou cápsulas espaciais orbitais. Na década de 1990, as células de combustível funcionavam em ônibus urbanos. A viabilidade não era uma suposição. Foi comprovado.
Pense numa célula de combustível como uma bateria com um problema de ego. Uma bateria mantém seu combustível dentro. Uma célula de combustível precisa ser recarregada. Seu combustível é o hidrogênio. É o elemento mais simples. Um elétron. Um próton.
A célula gera energia retirando elétrons dos prótons. Esses elétrons fluem como uma corrente pura. Os átomos de hidrogênio ionizado encontram o oxigênio. Eles formam água. O calor é o outro subproduto. Essa água geralmente sai como vapor.
Emissões zero no escapamento. Você dirige, você exala vapor.
A Mecânica do PEM
Os carros usam um tipo específico de célula. A célula a combustível com membrana de troca de polímero. É leve. É pequeno.
Possui dois eletrodos. Um ânodo carregado negativamente. Um cátodo carregado positivamente. Um catalisador. E uma membrana.
O hidrogênio entra como moléculas de H2. Dois átomos de hidrogênio acorrentados. O catalisador no ânodo quebra a ligação. Você obtém íons de hidrogênio (prótons) e elétrons. Os íons passam através da membrana. Os elétrons não podem. Eles têm que dar uma volta.
Esse desvio é o poder. Você aproveita esse fluxo para fazer o trabalho.
O oxigênio entra pelo cátodo. Os prótons e elétrons se reúnem ali. Eles se unem ao oxigênio. Formas de água. A maior parte se torna exaustão.
As células são planas. Afinar. Eles empilham. Mais células na pilha significam tensão mais alta. Matemática simples.
A Iniciativa Freedom Fuel
Muitos assumiram que os veículos com baixo consumo de combustível, como os carros movidos a hidrogénio, eram a resposta às exigências energéticas do século XXI. Em 2003, o presidente George W. Bush sinalizou esta crença. Ele anunciou uma Iniciativa Freedom Fuel de US$ 1,2 bilhão.
O objetivo? Apoiar o desenvolvimento de células de combustível.
Existem duas vantagens principais sobre os combustíveis fósseis. Primeiro, o petróleo não se esgota. Preservamos os suprimentos existentes. Reduzimos a dependência do petróleo estrangeiro.
Em segundo lugar, a poluição cai para zero. Os únicos subprodutos são calor e água. As emissões de carbono dos automóveis estão ligadas ao aquecimento global. As células de combustível não contribuem para essa pilha.
Na próxima página, veremos a produção. Como esses carros são construídos. E o mais importante, de onde vem o hidrogênio.
Fabricar um carro a hidrogênio não é ciência de foguetes. Não é muito diferente de construir um veículo padrão com motor de combustão interna. O sistema de transmissão e a arquitetura elétrica sofrem o impacto, é claro. Uma pilha de células de combustível gera eletricidade em vez de queimar gás. Isso significa que o trem de força compartilha mais DNA com um veículo elétrico a bateria do que com um sedã tradicional.
O verdadeiro gargalo não são as linhas de montagem. É o próprio combustível.
O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. Representa cerca de 90% de todos os átomos. Você pensaria que extraí-lo seria trivial. Pense novamente. É também o elemento mais leve que existe. Qualquer hidrogênio livre na superfície da Terra não permanece parado. Ele flutua para o espaço sideral. O que resta no planeta está trancado. Mais comumente em moléculas de água (H2O). A água cobre a superfície deste planeta. Muito disso.
Então, como dividimos essas moléculas de H2O? Ou procuramos uma fonte em outro lugar?
O Método de Eletrólise
O caminho mais simples remonta a Sir William Grove há mais de 150 anos. Eletrólise. Passe uma corrente elétrica pela água e as moléculas de H2O se separam. O processo espelha uma célula de combustível ao contrário. Ele usa um ânodo e um cátodo, normalmente feitos de metais inertes.
Quando a corrente atinge a água:
– O hidrogênio se acumula no cátodo.
– O oxigênio se acumula no ânodo.
É lento. Mas isso aumenta. Você pode fazer isso em nível industrial. Está limpo se a eletricidade estiver limpa.
O atalho do gás natural
Existe outra maneira. Gás natural. Está cheio de hidrocarbonetos. A reforma a vapor retira o hidrogênio desse gás e deixa o carbono para trás. Este é atualmente o método dominante para a produção de hidrogénio em escala industrial. Provavelmente será o primeiro método usado para abastecer a onda inicial de veículos com células de combustível.
Aqui está o problema. A reforma do vapor depende de combustíveis fósseis. Se o objetivo é parar de queimar combustíveis fósseis, usar gás natural para produzir hidrogénio é irónico. É sem dúvida a pior fonte possível de combustível “verde”.
Plantas do tamanho de garagens e carros movidos a água
Alguns especialistas sonham com usinas de hidrogênio em miniatura. Aqueles que cabem na sua garagem. Você não precisaria visitar um posto de abastecimento. Você apenas abasteceria em casa.
O extremo dessa ideia sugere fazer eletrólise dentro do próprio carro. Um carro que funciona com água. Parece ficção científica. Mas isso requer poder. A eletricidade para a eletrólise tem que vir de algum lugar. Uma bateria. Portanto, um carro movido a água ainda precisaria de recarga periódica. Não é uma máquina de movimento perpétuo. É apenas transferir a fonte de energia de uma bomba de posto de gasolina para uma tomada.
O caminho a seguir
Serão estas máquinas de condução verdes o futuro? Muitos esperam que sim. Mas o caminho para um mundo movido a hidrogénio está repleto de potenciais obstáculos. Custos de produção. Lacunas de infraestrutura. Perdas de eficiência.
Veremos esses contratempos a seguir.
Contratempos do carro a hidrogênio
Você ainda ouve o hype. As células de combustível de hidrogênio são frequentemente pintadas como o Santo Graal do transporte limpo. Parece limpo. Parece eficiente. Parece o futuro. Mas a realidade é mais confusa. Estamos a décadas de ver esses veículos dominarem as estradas. Os obstáculos não são apenas técnicos. São económicos, logísticos e, francamente, um pouco embaraçosos para os proponentes da tecnologia.
Podemos dividir os contratempos em três grupos. O primeiro é dinheiro. Muito disso. A segunda é a física do armazenamento de um gás que se recusa a permanecer parado. E a terceira é a incômoda verdade sobre a origem desse hidrogênio.
O pesadelo da infraestrutura e o preço
Vamos conversar sobre dólares. Se você comprasse um veículo a hidrogênio hoje, não teria onde colocar combustível nele.
A infraestrutura de reabastecimento é praticamente inexistente. A Califórnia é a exceção. O governador Arnold Schwarzenegger pressionou muito por isso naquela época, então você encontrará estações lá. Em outro lugar? Tente encontrar um dispensador. É como procurar uma agulha num palheiro.
Construir essa rede não é barato. Estimativas pessimistas fixam o custo de uma infra-estrutura nacional em 500 mil milhões de dólares. E isso não é um projeto de fim de semana. Pode levar quatro décadas para acertar.
Depois, há o carro em si.
As células de combustível dependem da platina como catalisador. A platina é cara. Muito caro. Um único veículo custa mais de US$ 100 mil. Algumas estimativas vão ainda mais alto. É por isso que você não os compra. Você os aluga. E apenas em mercados selecionados. O comprador médio não pode pagar por isso.
Os pesquisadores estão em busca de catalisadores mais baratos. Sabemos que eles existem em laboratórios. Ninguém sabe quando eles aumentarão a produção em massa. Até então, o preço continua sendo uma barreira.
O problema de física do armazenamento
O hidrogênio é um gás. Ele se expande. Ele quer preencher cada centímetro cúbico disponível. Comprimi-lo em um tanque para um carro é uma dor de cabeça para a engenharia.
Mas há um problema térmico que a maioria das pessoas não percebe. Quando o hidrogênio fica no tanque de um carro estacionado, ele aquece. O gás se expande. A pressão aumenta. O tanque deve liberar o excesso de hidrogênio para evitar ruptura.
Deixar o carro parado por alguns dias? Você pode encontrar o tanque vazio. Todo aquele combustível vazou porque a física da expansão térmica o forçou a escapar. Isso não é apenas ineficiente. É um risco à segurança.
O hidrogênio é altamente inflamável. Lembra-se do desastre de Hindenburg na década de 1930? Essa explosão foi provavelmente um incêndio de hidrogênio. É um medo válido.
Há uma fresta de esperança, no entanto. Os incêndios de hidrogênio queimam mais frio do que os incêndios de gasolina. Eles são menos propensos a provocar explosões secundárias. E como o hidrogénio é mais leve que o ar, ele sobe. Se escapar, ele flutuará rapidamente. Não se acumula no chão como a gasolina. Portanto, o risco de uma explosão ao nível do solo é menor. Mas o perigo de um vazamento continua sendo um desafio persistente de engenharia.
O paradoxo da poluição
Aqui está o chute. O hidrogénio é verdadeiramente não poluente?
O escapamento diz que sim. As únicas emissões de uma célula de combustível são calor e água. Limpar. Puro. Lindo.
Mas olhe para a fonte. O hidrogênio tem que ser produzido em algum lugar.
A maior parte do hidrogênio vem do gás natural. Este processo, denominado reforma a vapor do metano, libera dióxido de carbono. Estamos usando um combustível fóssil para criar um combustível “limpo”. Isso anula o propósito.
Depois há eletrólise. Divisão de moléculas de água usando eletricidade. Se essa eletricidade vier de uma usina movida a carvão, você estará apenas transferindo a poluição do carro para a rede elétrica. Você não está eliminando isso. Você está apenas movendo-o.
As emissões do ciclo de vida são importantes. Se a energia para produzir o combustível estiver suja, o combustível estará sujo.
A alternativa híbrida
Os otimistas dizem que resolveremos esses problemas. Dizem que a infraestrutura virá. Os custos cairão. O armazenamento irá estabilizar.
Mas o cronograma é longo. Décadas, não anos.
Entretanto, temos melhores opções para eficiência imediata. Os veículos elétricos híbridos estão aqui agora. Eles funcionam. Eles são acessíveis. Você pode comprá-los hoje.
O Toyota Prius. O Ford Fusion Híbrido. Esses carros não requerem uma nova infraestrutura. Eles não dependem de metais raros como a platina a preços proibitivos. Eles não vazam combustível para a atmosfera devido à expansão térmica.
Por enquanto, os híbridos são a escolha pragmática. O hidrogénio poderá ainda ser o objectivo para um futuro distante. Mas o caminho até lá está bloqueado pela física, pela política e pela economia pura.
Continuamos esperando pelo amanhecer do hidrogênio. Pode acontecer. Mas o sol nasce primeiro em outro lugar.
