Apoio: Roche

Saiba onde descartar seus resíduos

Verifique o campo
Inserir um CEP válido
Verifique o campo
Lightbulb

Célula de hidrogênio é considerada a chave para a descarbonização total

A célula de hidrogênio, conhecida também como célula a combustível, é uma tecnologia que utiliza a combinação química dos gases hidrogênio e oxigênio para gerar energia elétrica e moléculas de água. O primeiro equipamento foi desenvolvido em 1839, por um físico inglês chamado William Grove. A célula de hidrogênio e sua tecnologia desempenham um importante papel, atuando de forma limpa, silenciosa e apresentando baixos níveis de emissão de poluentes na atmosfera

O que é hidrogênio e hidrogênio verde?

O hidrogênio é o elemento químico de menor massa atômica (1 u) e menor número atômico (Z=1) entre todos os elementos conhecidos até hoje. Apesar de estar posicionado no primeiro período da família IA (metais alcalinos) da Tabela Periódica, o hidrogênio não apresenta características físicas e químicas semelhantes aos elementos dessa família e, por isso, não faz parte dela. De uma forma geral, o hidrogênio é o elemento mais abundante de todo o universo e o quarto elemento mais abundante no planeta Terra.

No sentido da sustentabilidade e da preservação do meio ambiente, “hidrogênio verde” é um termo utilizado para se referir ao hidrogênio obtido a partir de fontes renováveis, em um processo no qual não haja a emissão de carbono. Diferente dos combustíveis fósseis, o aproveitamento energético do hidrogênio raramente se dá por sua combustão, mas sim por meio de uma transformação eletroquímica, realizada em células de hidrogênio. 

Como funciona a célula de hidrogênio?

Diversos estudos comparam uma célula de hidrogênio a um sanduíche: ela é dividida em fatias, onde cada uma delas tem uma função. Os eletrodos constituem duas destas fatias, sendo que eles são porosos para que possa ocorrer a passagem dos gases até a fatia do meio, o eletrólito. 

Revestindo o eletrólito tem-se o catalisador. Este tem a função de acelerar as reações químicas e quebrar as moléculas de hidrogênio. O níquel e a platina são usados como catalisadores. No eletrodo, o gás hidrogênio passa por canais de fluxos desenhados em sua placa, atingindo toda a superfície. Os eletrodos precisam ser bons condutores de eletricidade; por isso, são constituídos de grafite, metais e aço inoxidável. O gás hidrogênio é o eletrodo terminal negativo, o ânodo. E o gás oxigênio é o eletrodo terminal positivo, o cátodo. 

O eletrólito juntamente com o catalisador é a razão do funcionamento de uma célula de hidrogênio. Ele pode estar no estado sólido ou líquido, permitindo o movimento dos prótons. Já os elétrons não passam pelo eletrólito e, sim, por um circuito externo instalado na célula de hidrogênio, sendo aproveitado para acender alguma lâmpada. 

Por um lado da célula, o gás hidrogênio é pressurizado e bombeado para o ânodo. O gás é forçado a passar por canais de fluxo até atingir o catalisador. Em contato com o catalisador, o hidrogênio separa-se em dois íons e dois elétrons. Os elétrons são encaminhados para um circuito externo, onde é formada uma corrente elétrica. Os gases de hidrogênio, que foram quebrados pelo catalisador, vão em direção ao eletrólito. Do outro lado da célula, o gás oxigênio é bombeado para o catodo e forçado a passar por canais de fluxo até ao catalisador. No catalisador, as moléculas de oxigênio combinam-se com os íons de hidrogênio, que atravessam o eletrólito para formar água.

Em resumo, nas células de hidrogênio, o oxigênio existente na atmosfera se combina com o hidrogênio, produzindo energia elétrica e água. Ou seja, o processo de geração de energia por meio de células a combustível em si não impacta o meio ambiente, razão pela qual pode-se classificá-lo como sendo um processo limpo.

Entretanto, antes de se avançar na discussão da geração de energia, é preciso ampliar a abordagem do processo de obtenção do hidrogênio puro (utilizado nas células a combustível). Deve-se analisar se a energia para sua obtenção provém de energias renováveis e, principalmente, se as matérias primas utilizadas para a obtenção do hidrogênio puro têm origem em fontes fósseis ou renováveis.

Hidrogênio como vetor de energia

Embora esteja presente em diversos locais, o hidrogênio raramente pode ser obtido diretamente na natureza. Assim, é necessário algum tipo de processamento, caracterizando-o como uma fonte secundária de energia. As principais fontes de hidrogênio são as fósseis. O processo de separação de hidrogênio consiste basicamente no mesmo para a gasolina, nafta, metanol ou até outras fontes renováveis, como o etanol. Independente da fonte, esses processos sempre emitirão poluentes atmosféricos.

Sendo assim, a eletrólise da água é considerada como o método mais viável para a produção de hidrogênio verde como um meio versátil de armazenamento e transporte de longo alcance para a energia renovável intermitente.

Mesmo sem aparecer novas tecnologias, a eletrólise está ficando cada vez mais barata. No entanto, comparada a outros processos, sua utilização ainda é muito pequena, representando 0,1% da produção global de hidrogênio. O custo da energia elétrica envolvido nessa reação pode ser decisivo para essa modalidade, já que a energia dispendida para produção do gás puro sempre é maior do que aquela que o hidrogênio pode oferecer para uso.

Outro modo de obtenção de hidrogênio ocorre a partir da utilização de biomassa ou biogás. Trata-se de uma boa oportunidade para vários setores produtivos nacionais, principalmente para o sucroalcooleiro. Além disso, pode-se dizer que esse método contribui significativamente para a proteção do meio ambiente.

Após a seleção da fonte, as células de hidrogênio aparecem como próximo passo. No geral, elas permitem a junção do oxigênio e do hidrogênio para a formação de moléculas de água. Como resultado, são gerados corrente elétrica e calor.

O hidrogênio desempenha um papel essencial no caminho da transição energética e pode oferecer uma contribuição valiosa para a descarbonização de indústrias de alto consumo de energia. Mas, para torná-la um ator fundamental para um futuro energético mais sustentável, a eletrólise deve ser alimentada por energia renovável.

A chave para a descarbonização total

De acordo com um estudo realizado pela Agência Internacional de Energia (AIE), a produção de hidrogênio ocorre quase inteiramente a partir de combustíveis fósseis, causando a emissão de aproximadamente 830 milhões de toneladas de gás carbônico na atmosfera, o que é equivalente à soma das emissões produzidas pelo Reino Unido e pela Indonésia.

Somente uma produção realizada a partir de fontes renováveis, juntamente com uma estrutura regulatória adequada, poderá redefinir a pegada de carbono do hidrogênio e permitir que ele acelere a transição energética.

Para a Enel (Ente nazionale per l’energia elettrica), o hidrogênio verde representa a chave para um desenvolvimento sustentável e se encaixa perfeitamente na visão de sustentabilidade do Grupo Enel, que se baseia em um objetivo duplo: por um lado, a descarbonização com o uso das energias renováveis e o fechamento das usinas de carvão e, por outro, a produção de energia elétrica para consumo final.

Seguindo o Plano Estratégico do Grupo, que planeja se tornar uma empresa com emissão zero até 2050, a Enel Green Power está trabalhando para criar uma série de instalações híbridas que consistem de usinas de energias renováveis combinadas com eletrolisadores – estruturas que, por meio da eletricidade, dividem as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio – para produzir hidrogênio verde, que será então vendido aos clientes para a descarbonização de seus processos.

Célula de hidrogênio no Brasil

Segundo pesquisas, o Brasil tem todo o suporte para a criação de uma infraestrutura baseada em energias renováveis e células de hidrogênio, bastando apenas investir e pesquisar mais sobre essas tecnologias. 

Em Curitiba, foram instaladas três grandes células de hidrogênio, graças à parceria do LACTEC (Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento) com a COPEL (Companhia Paranaense de Energia). Posteriormente, uma quarta célula de hidrogênio foi instalada no Centro de Pesquisa da Petrobrás, o Cenpes, no Rio de Janeiro, através da parceria do Lactec e Copel. 

A instituição brasileira que mais se empenha em pesquisas e projetos com células de hidrogênio é o Lactec. Por isso, representa o Brasil através do Ministério de Minas e Energia – na parceria Internacional para a Economia do Hidrogênio, o IPHE.  

No Brasil já existem diversas instituições com o propósito de pesquisas e projetos para o desenvolvimento das células a combustível. Agora, é necessário investimento e incentivo para o desabrochar dessa revolucionária tecnologia.