Hidrogênio: Fotossíntese artificial e um combustível limpo

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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.

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.

Eletrólise

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

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?

Eficiência da fotossíntese

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

O que é necessário para que uma planta possa crescer?


Quais são os produtos gerados pela fotossíntese nas plantas?


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

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

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!

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