8/3/2019 Doc 7 Hidrogenio
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Trabalho realizado por:
Ana Rita Marques, n 48556, LEQ
Andr Filipe Augusto, n 50887, LEFT
Pedro Tiago Monteiro, n 45558, LEIC
Lisboa, 20 de Janeiro de 2004
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O Hidrognio como vector energtico nos Transportes
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NDICE
1 INTRODUO ..........................................................................................................................................................4
2 FONTES, APLICAES E PRODUO DE HIDROGNIO ...........................................................................7
2.1 FONTES E APLICAES DO HIDROGNIO .................................................................................................................7
2.2 PRODUO DO HIDROGNIO A PARTIR DE DERIVADOS FSSEIS ...............................................................................8
2.2.1 Steam Reforming.........................................................................................................................................92.2.2 Oxidao Parcial de hidrocarbonetos pesados......................................................................................102.2.3 Gaseificao do carvo..............................................................................................................................112.2.4 Pirlise.........................................................................................................................................................11
2.3 PRODUO DO HIDROGNIO PELO PROCESSO DE ELECTRLISE..............................................................................122.3.1 Hidroelctrica .............................................................................................................................................152.3.2 Elica...........................................................................................................................................................162.3.3 Geotrmica..................................................................................................................................................162.3.4 Solar.............................................................................................................................................................172.3.5 Biomassa.....................................................................................................................................................18
2.4 CICLO DE VIDA DOS SISTEMAS ENERGTICOS DO HIDROGNIO ..............................................................................21
2.4.1 Emisses de CO2e custos associados.....................................................................................................22
3 MANUSEAMENTO DO HIDROGNIO..............................................................................................................23
3.1 PROPRIEDADES FSICAS E QUMICAS.....................................................................................................................23
3.2 SEGURANA ........................................................................................................................................................24
4 ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DO HIDROGNIO ...........................................................................25
4.1 ARMAZENAMENTO POR COMPRESSO DO H2 .........................................................................................................26
4.2 ARMAZENAMENTO POR LIQUEFACO ...................................................................................................................27
4.3 OUTROS MTODOS DE ARMAZENAMENTO..............................................................................................................28
4.4 TRANSPORTE.......................................................................................................................................................29
5 O HIDROGNIO COMO COMBUSTVEL.........................................................................................................30
5.1 CLULAS DE COMBUSTVEL...................................................................................................................................30
5.1.1 Clulas de combustvel alcalinas..............................................................................................................315.1.2 Clulas de combustvel de carbonato fundido.......................................................................................325.1.3 Clulas de combustvel com membrana de permuta de protes........................................................335.1.4 Clulas de combustvel de cido fosfrico..............................................................................................345.1.5 Clulas de combustvel de xido slido..................................................................................................35
5.2 OUTRAS CLULAS DE COMBUSTVEL......................................................................................................................36
5.2.1 Clulas de combustvel de metanol directo............................................................................................365.2.2 Clulas de combustvel de zinco-ar.........................................................................................................375.2.3 Clulas de combustvel regenerativas.....................................................................................................39
5.3 OHIDROGNIO EM MOTORES DE COMBUSTO INTERNA ........................................................................................40
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6 O FUTURO DO H2: SOLUES PARA MOBILIDADE SUSTENTVEL.....................................................43
6.1 SOLUES BASEADAS NAS CLULAS DE COMBUSTVEL............................................................................................43
6.2 SOLUES BASEADAS NA COMBUSTO INTERNA DE HIDROGNIO...........................................................................50
7 PROJECTOS E INICIATIVAS .............................................................................................................................51
7.1 RELATRIOWELL-TO-WHEEL...........................................................................................................................51
7.2 O PROJECTOHYDROGEN HIGHWAY...................................................................................................................51
7.3 OPROJECTO CUTE-CLEAN URBAN TRANSPORT FOREUROPE ............................................................................52
7.4 OHIDROGNIO EM PORTUGAL.............................................................................................................................53
7.4.1 Porto............................................................................................................................................................537.4.2 Ilha Terceira, Aores.................................................................................................................................55
8 CONCLUSO...........................................................................................................................................................57
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1 INTRODUO
A fase da implementao das tecnologias associadas ao hidrognio est a ser cada vez mais necessria. J dizia
Cyrus Harding, em 1875, que quando se esgotarem os depsitos de carvo, seremos aquecidos com gua,
sendo esta decomposta nos seus elementos pela electricidade. A gua ser o carvo do futuro.
previsvel que a produo global de petrleo e de gs natural atinja o seu pico dentro de 10 anos ou, numa
previso optimista, dentro de 40 anos. O consumo de petrleo trs vezes superior produo diria dos
pases da OPEC dado que um tero da humanidade ainda no tem acesso electricidade; a existncia de um
consumo desmesurado de energia nos ltimos 200 anos por parte do mundo ocidental e o consumo de 81
milhes de barris de petrleo por dia pela populao chinesa so outras realidades que contribuem para o
elevado consumo deste combustvel. ento urgente pensar noutras fontes eficientes e ecolgicas para a
produo de energia.
O desenvolvimento tecnolgico da qual a armazenagem de hidrognio lquido em tanques exemplo, e o
desenvolvimento de parcerias entre empresas so um bom caminho para a sustentabilidade das fontes de
energia. As emisses de CO2, o aumento da temperatura global do planeta e a falta de energia so factores
preponderantes no desenvolvimento da tecnologia do hidrognio.
O hidrognio o elemento qumico mais abundante no Universo e simultaneamente aquele que contm o
maior valor energtico, sendo por isso considerado o combustvel renovvel do futuro. Alm de abundante, o
hidrognio tambm menos poluente que os tradicionais combustveis uma vez que a electricidade
produzida a partir das pilhas de combustvel, sendo o vapor de gua o produto da reaco. Desta feita, a
emisso de gases de efeito de estufa, particularmente CO2 escassa.
Devido s suas propriedades fsicas e qumicas, o hidrognio deve ser produzido no local de consumo. No
entanto as suas mais variadas aplicaes obrigam ao seu transporte na forma liquefeita dos locais de produo
at aos locais de consumo, sendo mais comum, simples, e eficiente a sua armazenagem na forma gasosa. Ao
nvel de eficincia e de consumo, o hidrognio consegue superar os tradicionais motores de combusto interna.
Para alm da utilizao do hidrognio e das clulas de combustvel em pequenos sistemas electrnicos, o
maior progresso sem dvida no sector dos transportes, sendo a GM e a Daimler-Chryler as maiores
impulsionadoras.
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A nvel europeu, est a decorrer o projecto Clean Urban Transport for Europe (CUTE) com o objectivo de
implementar frotas de autocarros movidos a pilhas de combustvel, exigindo em paralelo infra-estruturas para
a produo de hidrognio bem como estaes de abastecimento. Este projecto envolve 9 cidades europeias,
das quais participa a cidade do Porto.
Para alm desta aposta, outras iniciativas nacionais esto a ser desenvolvidas. A Universidade de Coimbra est
a coordenar um projecto europeu que envolve parceiros alemes e franceses para analisar as oportunidades de
aplicao da tecnologia das pilhas de combustvel nos edifcios de servios e nas Pequenas e Mdias Empresas
(PME); a ilha Terceira nos Aores foi o local escolhido para a construo da primeira central de hidrognio
renovvel.
O recente interesse pblico no hidrognio tem provocado uma grande dose de comentrios conflituosos,
confusos e mal informados. Existe um documento muito detalhado publicado pelo Rocky Mountain Institute
em Junho de 2003 onde figuram, entre outros assuntos, correces a vinte dos mitos mais comuns sobre o
hidrognio.
Para estimular a crtica e aguar a curiosidade enumeramos aqui resumidamente quais os mitos a que o
documento d resposta:
1. Toda uma indstria do hidrognio teria de ser desenvolvida de raiz;2. O hidrognio muito perigoso, explosivo ou voltil para ser usado como combustvel;
3. Produzir hidrognio gasta mais energia do que a energia que o hidrognio armazena, por isso
ineficiente;
4. Entregar hidrognio aos consumidores consumiria a maior parte da energia que ele contm;
5. O hidrognio no pode ser distribudo nospipelines existentes;
6. No temos ainda formas prticas de aplicar o hidrognio gasoso em automveis, por isso os
automveis tm de continuar a usar combustveis lquidos;
7. Falta uma forma segura e barata de armazenar hidrognio nos automveis;8. Comprimir hidrognio para os tanques de armazenamento gasta muita energia;
9. O hidrognio muito caro para competir com a gasolina;
10. Seria necessrio toda uma infra-estrutura de produo, armazenamento e distribuio antes de
vender o primeiro automvel a hidrognio, mas isso impraticvel e muito dispendioso;
11. Produzir hidrognio suficiente para uma frota de veculos uma tarefa exageradamente dispendiosa;
12. Visto que as energias renovveis so actualmente muito caras, o hidrognio teria de ser produzido a
partir de combustveis fsseis ou energia nuclear;
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13. A indstria petrolfera e automvel opem-se actualmente ideia do hidrognio ser uma ameaa
competitiva, portanto o seu desenvolvimento do hidrognio mera fachada;
14. Uma economia do hidrognio em larga escala iria danificar o clima da Terra, o balano da gua e a
atmosfera;
15. H formas mais atractivas do que o hidrognio de conseguir mobilidade sustentvel;
16. Uma vez que a frota de automveis nos EUA leva cerca de 14 anos a pagar-se a ela prpria, pouco
pode ser feito para mudar a tecnologia automvel a curto prazo;
17. Uma transio vivel para o hidrognio demoraria entre 30 a 50 anos a completar-se, e dificilmente
se teriam mudanas significativas em menos de 20 anos;
18. A transio para o hidrognio necessita de um programa federal na linha do programa Apollo ou do
projectoManhattan.
19. A nica forma realista de nos livrarmos do petrleo adoptar um programa radical de mudana para
o hidrognio.
20. O programa do hidrognio da administrao Bush s uma forma de prejudicar a adopo dos
elctricos-hbridos e outros designs eficientes de automveis disponveis j hoje, envolvendo a energia fssil e
nuclear num disfarce "verde".
Pretende-se de seguida clarificar e encontrar resposta a estes mitos. No entanto, as respostas que o Institute
Rocky Mountain encontrou encontram-se bem clarificadas em [ 29].
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2 Fontes, aplicaes e produo de Hidrognio
O hidrognio usado como gs industrial mais de 100 anos. Estima-se que a produo global de hidrognio
varia entre 600 e 700 bilies de m3, sendo o crescimento anual de 10 %. Cerca de 60 % desta produo
destina-se a processos de indstria qumica e petroqumica. A aplicao do hidrognio nas clulas de
combustvel representa um pequeno nicho no mercado deste combustvel, nicho esse com um elevado
potencial de crescimento.
2.1 Fontes e aplicaes do hidrognio [ 8]
A maior parte do hidrognio produzido a nvel mundial provm de derivados fsseis como o petrleo, gsnatural e carvo. Cerca de 95% da produo mundial resulta de processos qumicos ou das refinarias.
A maioria do hidrognio produzido (55%) aplicado para fins no energticos, como o caso da sntese da
amnia ou do metanol, produo de ferro e ao, tratamento de leos e gorduras e aplicado tambm na
indstria do vidro e de componentes electrnicos. O hidrognio utilizado indirectamente para aplicaes
energticas, especialmente nas refinarias, uma vez que necessrio proceder dessulfurao do fuel de forma
a que os novos limites mximos autorizados para compostos sulfricos na gasolina e no diesel sejam
cumpridos. Apenas 5% do hidrognio produzido aplicado directamente em energia.
55%40%
5%
No energticos Indirectos Directos
Figura 1 Aplicaes do hidrognio
Fonte: Zittel/NiebauerIdentification of hydrogenBy-Product Sources in the European Union, Ottobrunn 1998
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2.2 Produo do hidrognio a partir de derivados fsseis[ 15] , [ 16]
Um dos aspectos que distingue o hidrognio de outras fontes de energia o facto deste no se tratar de uma
fonte primria de energia , como tal tem que ser extrado a partir de outras fontes de energia. Sendo assim, a
sua produo torna-se num vectores essenciais sua viabilidade como fonte de energia. Cerca de 62% do
hidrognio produzido directamente pelo steam reforming ou por oxidao parcial de leos pesados; os
restantes 38% resultam principalmente do reforming da gasolina e da produo de etileno, sendo o hidrognio
produzido como sub-produto.
Figura 2 - Principais fontes de produo de hidrognio [ 10]
Os processos mais comuns de produo de hidrognio a partir de derivados fsseis so o steam reforming
( reformao a vapor)para o gs natural, oxidao parcial para os hidrocarbonetos pesados e gaseificao para
o carvo.
Figura 3 Fontes de produo de H2
H2DerivadosFsseis
Steam reforming
OxidacoParcial
Gaseificao
Pirlise
18%
7%
13%
38%
24%
62%
reforming da gasolina
produo de etileno
outros processos
steam-reforming
oxidao parcial de leos pesados
Fonte: ArkitelProduo: 500x109 m3/ano
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2.2.1 Steam Reforming
Trata-se de um processo trmico que envolve a reaco dometano, CH4, ou outro hidrocarboneto leve com vapor de gua,
processo este realizado em duas fases: numa primeira fase o
metano reage com o vapor de gua na presena de um
catalisador a elevada presso e temperatura (2,5MPa e cerca de
850-950C), por forma a produzir hidrognio e monxido de
carbono (CO), de acordo com as seguintes reaces
endotrmicas:
4 2 23CH H O CO H + + (1)
( )2 20,5x yC H H O xCO x y H + + + (2)
Numa segunda fase ocorre uma reaco cataltica exotrmica (reaco shift) onde o monxido de carbono
produzido na primeira fase, combinado com vapor de gua de forma a obter dixido de carbono e
hidrognio.
2 2 2CO H O CO H + + (3)
O balano final deste processo pode ser expresso pela reaco
4 2 2 22 4CH H O CO H + + (4)
As unidades de reforming de grande dimenso tm capacidade para produzir cerca de 51 10 m3 H2/h ,
correspondendo a 960 GJ/h, com uma eficincia de 70-80%. Este dos mtodos mais eficazes para a produo
de hidrognio, embora do ponto de vista ambiental este sistema de produo no seja o mais sustentvel, umavez que o CO2 emitido contribui para o efeito de estufa.
Figura 4 - Steam Reforming da indstria Linde
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2.2.2 Oxidao Parcial de hidrocarbonetos pesados
O processo de reforma por oxidao parcial um dos mtodos mais antigos de produo de hidrognio e est atornar-se cada vez mais popular. Neste processo o combustvel reage com uma quantidade limitada de
oxignio para produzir o hidrognio, que depois purificado.
2 22 2x yx y
C H O xCO H
+ +
(5)
Na oxidao parcial, h semelhana do steam reforming, pode-se efectuar a reaco shiftanloga expresso
(3) sem a necessidade de catalisadores. Pode ser aplicada em diferentes tipos de hidrocarbonetos, incluindo
combustveis pesados e hidrocarbonetos slidos (menos nobres). Reagem na gama de temperaturas que variaentre 1300 e 1500C e a presses na ordem dos 30 a 100 bar, havendo libertao de calor. Actualmente a Shell
e a Texaco destacam-se na produo de hidrognio via oxidao parcial.
Devido s suas vastas reservas, o carvo assume um papel importante no sector energtico. Nos pases ricos
neste combustvel, como o caso da frica do Sul e da China, a oxidao parcial deste minrio est
comercialmente bem estabelecida. O processo anlogo ao descrito anteriormente, contudo necessrio
preparar o carvo, transform-lo em p fino e mistur-lo com gua de modo a formar uma pasta susceptvel de
ser bombeada.
Existe um processo, reforming autotrmico, que resulta da combinao da oxidao parcial e do steam
reforming. Neste processo os hidrocarbonetos reagem com uma mistura de oxignio e vapor num termo-
reactor e na presena de catalisador. A ocorrem trocas de calor entre o processo endotrmico do steam
reforming e entre a oxidao parcial, processo este exotrmico.
( )2 2 22 2 2x yy
C H pO x p H O xCO x p H
+ + + +
(6)
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2.2.3 Gaseificao do carvo
Outro processo que permite extrair o hidrognio a partir do carvo a gaseificao. Consiste na decomposio
trmica deste num combustvel gasoso, o H2, formando-se ar, oxignio, hidrognio, vapor de gua, ou uma
misturas destes gases. De uma forma simplista a reaco que traduz a gaseificao pode ser expressa por
2 2C H O CO H + + (7)
Para alm do carvo, a biomassa ou combustveis lquidos pesados tambm podem sofrer este tipo de
gaseificao.
2.2.4 Pirlise [ 14]
A pirlise consiste na separao de hidrocarbonetos a elevadas temperaturas em carbono e hidrognio,
utilizando o carbon feltcomo catalisador. O carbono resultante pode ser sequestrado, porm, devido energia
necessria para o processo, ocorrem emisses de carbono.
O carbono sequestrado de elevada pureza, o carbon black, usado na indstria do plstico, do tear e das
baterias, sendo uma mais valia econmica. A produo de hidrognio por este processo poder sair mais
barato do que o steam reforming.
Pirlise de hidrocarbonetos a plasma
O reforming de hidrocarbonetos gasosos pode ser auxiliado ou mesmo realizado por um arco elctrico que
transforma os hidrocarbonetos e outros reagentes em gs ionizado, ou seja, em plasma, a temperaturas
superiores a 1500 C . No reforming piroltico a plasma, a energia necessria para que ocorram as reaces fornecida aos reagentes na sua passagem pelo reactor, numa regio denominada arco-plasmtico, caracterizada
pela presena de descargas elctricas e pela sua alta densidade energtica. O uso do plasma permite que a
decomposio do hidrocarboneto em hidrognio e carbono se faa na ausncia de catalisadores. Este o
primeiro processo com combustveis fsseis capaz de produzir uma quantidade mnima de gases de efeito de
estufa (GEE).
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2.3 Produo do hidrognio pelo processo de electrlise [ 16], [ 17], [ 18]
Actualmente apenas 2% do hidrognio produzido a nvel mundial provm da electrlise, sendo inferior a 1% oproveniente da electrlise da gua.
A electrlise um processo que separa os elementos qumicos de um composto por aplicao de uma corrente
elctrica. Primeiramente d-se a dissociao do composto em ies, segue-se uma passagem de corrente
contnua atravs desses mesmos ies, obtendo-se finalmente os elementos qumicos. Em muitos casos,
dependendo da substncia a ser electrolisada e do meio em que ela ocorre, para alm de se formarem
elementos tambm ocorre a formao de novos compostos. O processo da electrlise uma reaco de
oxidao-reduo oposta quela que ocorre numa pilha sendo, portanto, um fenmeno fsico-qumico noespontneo.
A produo comercial do hidrognio atravs deste processo tem uma eficincia entre 70 e 75% que pode ser
melhorada por adio de sais ao electrlito de modo a aumentar a condutividade bem como utilizando a
electrlise a vapor, por substituio parcial de electricidade em energia trmica. Dado que a quantidade de
energia necessria produo de hidrognio elevada (4,5 a 5 kWh/m3 H2), o seu custo tambm elevado,
sendo a electricidade responsvel por dois teros do mesmo. Por isso a produo do hidrognio por esta via
no economicamente favorvel.
A electrlise na gua
A reaco da electrlise pode ser expressa por
2 2 22 2energia H O O H + + (8)
No elctrodo negativo, o ctodo, existe uma carga negativa gerada
por uma bateria, da qual resulta uma tenso elctrica que expele
electres para a gua. No elctrodo positivo, o nodo, existe uma
carga positiva que absorve os electres. Como a condutividade da
gua fraca, em vez da criao de carga ao longo de todo o
circuito, as molculas da gua que se situam junto do ctodo so
separadas em protes e em ies hidrxido, Figura 5 Electrlise da gua
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2 H O H OH + + (9)
Era de esperar que a gua se separasse em partculas neutras (H e OH), mas tal no acontece dado que a
electronegatividade do tomo de oxignio superior do hidrognio, ou seja, o oxignio capta o electro ao
hidrognio ficando na forma mais estvel com as orbitais todas preenchidas.
O H+ capaz de capturar um electro do ctodo, dador de electres, passando a tomo neutro:
H e H + + (10)
Este tomo de hidrognio encontra outro tomo de hidrognio e forma uma molcula gasosa de hidrognio.
2 H H H + (11)
O io OH- migra para o nodo e a perde o electro capturado ao hidrognio. A produo de oxignio e de gua
conseguida a partir de 4 ies OH- de acordo com a seguinte reaco:
2 24 2 4OH O H O e + + (12)
A libertao de oxignio observada pelo borbulhar que surge na soluo. Assim, um circuito fechado criado, envolvendo partculas negativamente carregadas electres no fio, ies de hidrxido na gua. A
energia cedida pela bateria armazenada sobre a forma de hidrognio.
A produo sustentvel da electricidade torna-se um ponto vital na viabilidade da electrlise, dado que esta
acarreta dois teros do seu custo. Sendo assim, as energias renovveis, tais como a estaes hidroelctricas,
elicas, geotrmicas, solares e a biomassa, protagonizam um papel fulcral.
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Figura 6 - Fontes de Hidrognio a partir de recursos renovveis e seu consumo
Sociedade do Hidrognio Renovvel
Electricidade H2 Combustvel dominante
EnergiasRenovveis
Elica
Hidroelctrica
Geotrmica
Solar
Biomassa
HIDROGNIO, H2
+ H2O
Biocombustveis
EmissoCO2
EmissoH2O
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2.3.1 Hidroelctrica [ 16]
A hidroelctrica de longe a maior fonte de energia renovvel, representando cerca de 92% da energiarenovvel produzida. No ano 2000 a hidroelctrica produziu 2705 TWh de electricidade (17% da cota mundial
de electricidade) com capacidade de gerar 740 GW.
Tabela 1 Produo de energia hidroelctrica para vrios pases
ProduoHidroelctrica
TWh (2000) % do total mundialCapacidade instalada
em GW (1999)
Canada 358 13.2 67Qubec 165 6.1 38
Brasil 305 11.3 59
EUA 275 10.2 99
China 222 8.2 53
Rssia 165 6.1 44
Noruega 142 5.2 28
Japo 97 3.6 45
Resto do Mundo 1141 42.2 345
Mundial 2705 100.0 740
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
Capacidade terica Capacidade tcnica Produo (1999)
TWh/ano
Figura 7 Panorama hidroelctrico mundial
Se todo o potencial hidroelctrico do Qubec (perto de 200 TWh/ano) fosse usado para a electrlise da gua,
4 milhes de toneladas de hidrognio seriam produzidas por ano de uma forma sustentvel, o suficiente para
abastecer mais de 22 milhes de carros.
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2.3.2 Elica
Actualmente o vento representa a fonte de energia com maior
crescimento a nvel mundial. Perto de 20 GW de capacidade
elica esto instalados na rede mundial, estando j disponveis
turbinas com capacidade de 3,6 MW. No entanto esta
tecnologia apresenta uma srie de desafios, destacando-se a
localizao especfica, a disponibilidade sazonal e um output
imprescindvel com baixa capacidade.
2.3.3 Geotrmica
Nalguns pases como os Estados Unidos, Itlia, Islndia e
Portugal (em particular nos Aores), tm sido construdas
centrais geotrmicas destinadas ao aproveitamento da
energia geotrmica e sua converso em energia elctrica. A
capacidade de produo da central portuguesa de 4,6 MW.
Estima-se que, actualmente, este tipo de centrais satisfazem as
necessidades energticas de cerca de 60 milhes de pessoas em 21
pases.
Em Reykjavik, capital da Islndia, cerca de 95% das casas so aquecidas por este processo, sendo por issoconsiderada uma das cidades menos poludas do mundo.
Figura 8 Moinhos elicos
Figura 9 Central geotrmica
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2.3.4 Solar
Existem duas formas de produzir electricidade a partir do sol: porunidades fotovoltaicas, que originam corrente elctrica convertendo
directamente a energia solar ou por centrais termo-solares, que usam o
calor radiado pelo sol para gerar electricidade.
Do ponto vista econmico, o sistema fotoelctrico tem interesse para
aplicaes que exijam uma capacidade no superior a 1MW, portanto
pouco adequado para produes em escala .
As centrais termo-solares (reflectores parablicos e torres
solares), representam uma possibilidade bem mais barata e
aceitvel para o aproveitamento de energia solar em grande
escala. Os reflectores parablicos foram concebidos para
capacidades de 30-80 MW, enquanto que para as torres solares
foram constitudos planos para construir centrais com
capacidades da ordem dos 200 MW onde temperaturas na
ordem dos 1000 C podem ser atingidas.
Figura 10 Painis solares
Figura 11 Paineis fotovoltaicos
Figura 12 Torre solar piloto
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A figura acima mostra uma central piloto constituda em Espanha na dcada de 80, com capacidade para gerar
50kW de energia verde.
Em 1998, a energia primria necessria era de 111,7 milhes de kWh. A tabela que se segue mostra as
produes actual, terica e potencial tcnica de energia solar.
Tabela 2 Produo anual de energia solar, em kWh/ano
Produo actual
Produo terica
Potencial tcnico
0,028
1083420
> 437,5
2.3.5 Biomassa
Dado o crescente interesse nas energias renovveis para a reduo das emisses de CO 2, a biomassa tem sido
alvo de especial interesse por parte da indstria da energia. A lgica de utilizao da biomassa pode passar
pela converso desta em biogs e gases sintticos, bem como hidrognio. Actualmente a gerao bioqumica
de hidrognio atravs das algas verdes est em estudo.
Existem trs mtodos para a produo de hidrognio a partir da biomassa, apesar de nenhum ser
economicamente rentvel. So eles a gaseificao a vapor, pirlise e a hidratao bioqumica.
Gaseificao a vapor
um processo termoqumico que pode ser utilizado em resduos florestais, por decomposio destes em
monxido de carbono e hidrognio. O processo requer altas temperaturas (800 1000C) e um abastecimento
restrito de oxignio (inferior ao necessrio para a combusto), tendo como produtos finais hidrognio,monxido de carbono e metano. Por via da reaco shiftno steam reforming o monxido de carbono pode ser
transformado em dixido de carbono e hidrognio (vide equao (3))
Pirlise
um processo semelhante ao usado na pirlise de hidrocarbonetos, mas bastante mais complicado devido
complexidade e variedade da biomassa existente. Existem alguns processos biolgicos dos quais o hidrognio
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aparece como produto imediato; investigaes na rea da gerao de hidrognio a partir de sistemas alga-
bactria indicam um custo de 120 /MWh.
As cianobactrias so organismos unicelulares tanto na gua como no ar e que produzem naturalmente
hidrognio durante o seu normal metabolismo. Estas bactrias possuem enzimas que absorvem a luz solar
como energia para separar as molculas de gua, produzindo assim hidrognio. Dado que as cianobactrias
sintetizam hidrognio a partir da gua, o resduo que se obtm no mais do que gua, utilizada para o
metabolismo seguinte.
Figura 13 Blue Tower, Herten
No ano 2000 foi iniciado um projecto em Herten, Alemanha designadoBlue Tower [ 5]para a produo de
hidrognio a partir da biomassa. A capacidade de 1 MW com possibilidade de sofrer expanso at 10 MW.
A composio de vrias alimentaes est representada na figura seguinte.
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Figura 14 Composio de alimentaes Blue Tower
Para alm de ser o composto maioritrio em qualquer uma das alimentaes, o hidrognio produzido numa
quantidade superior a 50%.
Figura 15 Gases libertados pelaBlue Tower[ 5]
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2.4 Ciclo de vida dos sistemas energticos do hidrognio
Para estudar a sustentabilidade de um dado processo de produo de hidrognio necessrio conhecer o seu
ciclo de vida para se compreender as suas repercusses ambientais, econmicas e energticas. Para tal que
ter dados quanto energia consumida, poluentes emitidos, espao necessrio e material utilizado em cada
processo de produo de hidrognio. Os diferentes processos de produo de hidrognio podem ser
comparados entre si, segundo trs critrios: energia no-renovvel consumida, quantidade de CO 2 emitida e o
custo de produo.
Tabela 3 - Fluxos de Energia na produo de 1kWh de H2
Processos de produo deH2
Energia Auxiliar(kWh)
Energia Primria(kWh)
Perdas deEnergia (kWh)
Steam Reforming do Gs
Natural0,01 1,55 0,56
Gaseificao de Carvo
Betuminoso0,28 1,76 1,04
Gaseificao de Biomassa
Florestal0,37 1,42 0,79
Electrlise, Fotovoltaica 0,46 15,3 14,76
Electrlise, Parablica 0,16 10,2 9,36
Como se pode verificar da anlise da Tabela 3, a energia primria proveniente da biomassa e dos combustveis
fsseis necessria produo de 1 kWh de hidrognio situa-se entre 1,4 e 1,8 kWh, apresentando perdas de
0,5 a 1,1 kWh.
No caso dos processos que envolvem a energia solar, a energia primria necessria produo bastante
superior, pois somente 10-20% dessa energia convertida em electricidade. Uma vez que o Sol uma fonte deenergia renovvel, pode ser utilizado a nvel industrial nos pases com mais horas de radiao solar.
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2.4.1 Emisses de CO2 e custos associados
Os nveis de emisso de CO2 e os custos exibidos na figura que se segue, tm em conta o tratamento do
combustvel, o transporte, as instalaes e equipamento necessrio produo de H2.
Figura 16 Emisso de CO2 em g/kWh e respectivos custos para diferentes fontes de energia
Existe uma relao inversamente proporcional entre o recurso de energias renovveis e as emisses de CO 2.
Sendo assim, tendo em conta o Protocolo de Quioto (onde Portugal assumiu um compromisso na reduo das
emisses de CO2, e onde foi modelado tambm um possvel mercado de cotas negociveis de emisses de
CO2), os processos de produo de H2 que envolvem energias renovveis so mais vantajosos.
Os dois processos de produo de H2 a partir de combustveis fsseis apresentam nveis nas emisses de CO2
significativamente diferentes, devendo-se ao facto do gs natural apresentar um rcio H/C bastante superior ao
do carvo.
Figura 17 Rcio H/C dos vrios transportadores de energia
* valores mnimos
0 20 40 60 80 100
Madeira*
Carvo*
Crude*
Gs natural
Metano
Hidrognio
Carbono(C) Hidrognio (H)
0 100 200 300 400 500 600 700
St e a m re f o rming do g s na tu ra l
Ga se i f i c a o de c a r v o be tuminos o
Ga se i f i c a o da b ioma s sa f lo re s ta l
E l e c t r l i se , f o t o v o l t a i c a
E le c t r l i s e , pa ra b l ic a
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
2025
2000
Emisso CO2( g/kWh)
Custos( cent//kWh)
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Em termos de custos, h uma clara vantagem por parte dos mtodos que envolvem os combustveis fsseis,
sendo 5 ou 10 vezes menos dispendiosos do que as variantes solares. No entanto a produo de H2 a partir dabiomassa apresenta um custo competitivo face ao H2 produzido a partir dos combustveis fsseis.
No caso da produo solar, a produo parablica claramente mais favorvel economicamente. Se for
necessrio liquefazer o hidrognio, o custo triplica devido ao elevado preo de liquefaco e ao aumento no
custo do seu transporte.
3 Manuseamento do Hidrognio
3.1 Propriedades fsicas e qumicas
Para um manuseamento seguro do hidrognio necessrio conhecer as suas propriedades fsicas e qumicas.
Tabela 4 Propriedades fsicas e qumicas do Hidrognio [ 7]
Peso Molecular (g/mol) 2,0
Ponto de fuso (C) -259
Ponto de ebulio (C) -253
Temperatura Crtica (C) -240
Densidade relativa,gs (ar=1) 0,07
Densidade relativa,lquido (gua=1) 0,07
Solubilidade na gua (mg/l) 1,6
Aspecto/cor incolor
Cheiro inodoro
Temperatura de auto-ignio (C) 560
Gama de inflamabilidade (% vol no ar) 4 -75
O hidrognio o mais leve de todos os gases, apresentando uma densidade de 0,084 kg/m3 a 1 bar e a 15 C.
Em caso de fuga do gs, este sobe rapidamente acumulando-se na parte superior de qualquer recinto fechado.
Se o hidrognio for descomprimido de 175 bar para 1 bar, a temperatura aumenta 5C (de 20 para 25C),
insuficiente para ocorrer a auto-ignio (560C).
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O hidrognio quando reage com agentes oxidantes, como o cloro ou o oxignio, pode-se inflamar podendo o
processo de queima originar uma exploso. Se ocorrer em recinto fechado, o aumento de presso pode causar
destruio. A combusto do hidrognio com o ar iniciada por fontes de ignio de baixa energia, podendo
mesmo partculas de p carregadas de hidrognio originarem uma fasca devido carga electrosttica.
As propriedades qumicas do hidrognio lquido e gasoso so semelhantes, no entanto este ltimo reage mais
facilmente com o oxignio devido sua elevada temperatura.
A tabela seguinte compara o hidrognio com o diesel, duas fontes de energia diferentes que podem ser
utilizadas para a mesma finalidade.
Tabela 5 Comparao de densidades do hidrognio e do diesel [ 8]
1 m3 de hidrognio gasoso
1 l de hidrognio lquido
1 kg de hidrognio
0,30 l de diesel
0,24 l de diesel
2,79 kg de diesel
3.2 Segurana [ 6]
Exceptuando o He, temperatura em que o hidrognio se poder encontrar no estado lquido (-259C) todos os
gases se encontram no estado slido, em particular o ar. Uma mistura de ar com hidrognio lquido (LH 2)
explosiva, da a necessidade de se afastar uma instalao de hidrognio das outras substncias. A temperatura
baixa do hidrognio lquido origina condensao do ar atmosfrico nas partes exteriores da instalao isentas
de isolamento. Se o ar liquefeito se tornar rico em oxignio devido evaporao do azoto, pode actuar como
comburente quando em contacto com substncias combustveis.
O hidrognio quando inalado em elevadas concentraes (cerca de 30%) causa asfixia devido falta deoxignio, no entanto no necessrio proteco respiratria aquando o seu manuseamento. No caso do
hidrognio criognico lquido ou gasoso, podem ocorrer queimaduras por contacto com a pele.
A formao de atmosferas potencialmente explosivas provenientes das instalaes de hidrognio podem ser
evitadas. Para tal fundamental que a sua construo seja efectuada em reas bem ventiladas e arejadas, de
preferncia ao ar livre, de forma a que eventuais fugas de hidrognio se libertem para a atmosfera sem perigo.
Deve-se assegurar que pelo menos o depsito de hidrognio esteja nestas condies; no caso de fuga, o corte
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da alimentao de gs tem que ser possvel; as junes e flanges tm que ser blindadas e seladas,
especialmente se estiverem situadas em locais de difcil acesso; as aberturas no telhado permitem uma
ventilao eficaz, controlada por um sistema de alarme que detecta o valor de H 2 libertado; vrios
equipamentos de segurana so requeridos, sendo exemplo os sensores de hidrognio, os detectores de chama
e sistemas de extino de incndio.
4 Armazenamento e transporte do Hidrognio [ 1],[ 6]
Tal como o petrleo, o hidrognio pode serarmazenado e usado independentemente do
tempo de produo. Pode ser armazenado no s
na forma gasosa em depsitos sob presso (de
350 a 700 bar) e temperatura ambiente como
tambm pode ser armazenado e transportado
quase sem presso em depsitos isolados sob a
forma de lquido criognico. Os depsitos devem
ser colocados em locais bem ventilados, longe dereas residenciais e a temperaturas inferiores a
50C.
O material seleccionado para as instalaes de hidrognio deve ser escolhido de modo a evitar fracturas. Dado
que o hidrognio no corrosivo, possvel utilizar nas instalaes materiais metlicos, plsticos e borracha,
no entanto, estes dois ltimos materiais juntamente com a ao-carbono devem ser evitados nas instalaes de
LH2 uma vez que podem ocorrer fissuras, reduzindo a sua ductilidade. Os materiais fundidos tambm devem
ser evitados uma vez que a sua porosidade seria causadora de fugas.
Antes de se iniciar o processo de transporte, deve-se sempre verificar se a vlvula de segurana est fechada e
que no existem fugas; comprovar que o tampo que protege a vlvula est instalado correctamente; garantir
ventilao adequada e cumprir a legislao em vigor.
Figura 18 - Estao de armazenagem de hidrognio em Hamburg [ 8]
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4.1 Armazenamento por compresso do H2
A compresso do hidrognio a forma mais vantajosa de o armazenar de modo a minimizar as dimenses daestao de armazenamento. Para a compresso do hidrognio gasoso (CGH2) so necessrios um ou mais
compressores e vasos de armazenagem, bem como pistolas de enchimento. Existem duas formas de
abastecimento do CGH2: Overflow (por excesso) e Booster(por impulso) que podem ser tcnicas aplicadas
em separado ou em conjunto. As presses tpicas para o armazenamento variam entre 200 e 350 bar.
Abastecimento Overflow
A presso qual o hidrognio se encontra armazenado nas estaes de abastecimento bastante superior
presso dos tanques dos veculos de transporte. Para optimizar o abastecimento desses mesmos tanques, a
armazenagem efectuada em vrios cilindros ligados em srie, sendo o ltimo aquele que est ligado ao
tanque do veculo. A presso qual descarregado o GH2 superior presso do tanque.
Figura 19 Abastecimento Overflow[ 8]
Abastecimento Booster
Neste tipo de abastecimento, a presso a que se encontram os depsitos de armazenagem do hidrognio
inferior presso do tanque que o vai transportar. Nesse caso necessrio um compressor adicional ( booster)que permita a entrada do GH2 no tanque presso requerida. Se ocorrer falha do compressor, necessrio a
existncia de um by-pass que garanta o abastecimento parcial do tanque de transporte.
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Figura 20 AbastecimentoBooster[ 8]
A desvantagem do armazenamento do hidrognio por compresso (CGH2) o peso e o espao requerido dos
tanques. Se o tanque for largo, maior sero as paredes do tanque; se o tanque for mais pequeno, maior o
nmero de tanques para armazenar a mesma quantidade.
4.2 Armazenamento por liquefaco
A forma liquefeita do hidrognio requerida quando necessrio transport-lo para locais afastados da
produo. No caso do hidrognio estar armazenado na forma lquida (LH2) e ser abastecido na forma gasosa, o
lquido deve ser pressurizado utilizando uma bomba criognica. Nesta situao dispensvel o uso do
compressor para a fase gasosa e o abastecimento efectuado num sistema Overflow. Os tanques tm uma
capacidade de 3,3 toneladas e devem ser isolados devido s baixas temperaturas a que esto sujeitos. Se o
hidrognio estiver armazenado durante longos perodos de tempo, pequenas quantidades podem serevaporadas e alterar a presso dos tanques. Para alm desta desvantagem, a energia requerida para a
liquefaco do hidrognio no pode ser esquecida: 1 m3 de hidrognio liquefeito contm 3,54 kWh, sendo
necessrio o fornecimento de pelo menos 1 kWh.
A energia associada s diferentes formas de armazenamento de hidrognio no constante. A figura seguinte
mostra a diferena que existe entre os vrios estados de agregao da matria.
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Figura 21 Energia nos diferentes estados de armazenamento do hidrognio [ 1]
A energia requerida para a armazenagem e transporte de gs menor que para o hidrognio lquido, no entanto
este ltimo apresenta a melhor soluo uma vez que um nico tanque de transporte de hidrognio lquido
consegue ultrapassar os 10 tanques necessrios para transportar a mesma quantidade de hidrognio na forma
gasosa. Abaixo da presso normal, 3 m3 de hidrognio contm a mesma quantidade de energia que um litro de
gasolina.
Os veculos podem armazenar hidrognio na forma liquefeita ou na forma comprimida, consoante as
aplicaes. A Linde sugere que o transporte de hidrognio deve ser efectuado na forma liquefeita, sendo o
hidrognio posteriormente armazenado na estao de abastecimento em tanques subterrneos (como acontece
com a gasolina). Pode depois ser distribudo a partir do tanque de LH2 na forma lquida ou gasosa, sendo
necessrio o uso de bombas criognicas boosterpara a obteno de hidrognio a 700 bar: o hidrognio
lquido passa por um permutador de calor que o aquece at temperatura ambiente. Dado que os lquidos so
mais facilmente bombeados que os gases, a utilizao de bombas criognicas so pequenas, requerem menor
manuteno e tornam-se 40% mais baratas que os compressores.
4.3 Outros mtodos de armazenamento
O hidrognio pode ser armazenado num transportador de metal - hidreto de metal, nas cavidades de uma
grelha metlica feita de magnsio ou de titnio ou ento o hidrognio pode ligar-se com o metal por uma
ligao inica, sendo desnecessrio presses elevadas. Esta forma de armazenamento consiste na absoro de
hidrognio gasoso por parte dos hidretos metlicos. Dependendo da tecnologia utilizada e das caractersticas
do hidreto, a temperatura de armazenamento tanto pode variar entre 20-80 C (baixas temperaturas) como
8,497,63
4,93
2,952,16
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 3,5 700 350 250
Presso (bar)
Energia(MJ/L)
LH2 CGH2
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pode ser superior a 300 C (altas temperaturas). Quando o hidrognio precisa de ser libertado, so exigidas
determinadas condies de presso e de temperatura. Apesar deste processo poder ser repetido inmeras vezes
sem perda de capacidade, apresenta como desvantagem o elevado peso da estrutura do armazenamento.
A armazenagem em sistemas porosos apresenta como vantagem a baixa presso requerida para o
armazenamento do hidrognio, para alm da elevada eficincia verificada. Contudo esta tecnologia est longe
de alcanar o sucesso desejado devido aos custos serem elevados. Este tipo de tecnologia inclui materiais
base de carbono, nanotubos, nanofibras, carbonos e fibras activadas como tambm zelitos, aerogis e slica
porosa.
O armazenamento em grafite uma tcnica ainda em desenvolvimento baseada na nanotecnologia, muito
afastada da tradicional compresso ou liquefaco; as micro-esferas de vidro so sistemas de esferas que
armazenam o hidrognio lquido a elevada presso. As esferas so mantidas temperatura ambiente mas
quando esto sujeitas a temperaturas elevadas ou quando entram em coliso o hidrognio libertado.
4.4 Transporte
O hidrognio proveniente do steam reforming pode ser distribudo por pipeline at s estaes de
abastecimento, desde que situadas em locais de fcil acesso. As estaes que actualmente existem na Europa
no esto em condies de usufruir este tipo de abastecimento, sendo por isso o hidrognio abastecido por via
rodoviria. Ospipelines tm como desvantagem a complexidade de construo e de manuteno.
Fornecimento externo LH2
O hidrognio pode ser fornecido na forma lquida.
Apresenta como vantagem o facto do abastecimento
deste combustvel ser suficiente para trs autocarros
durante 20 dias. Comparando as curtas distncias entre
as centrais de produo e os clientes, o fornecimento
de CGH2 domina em toda a Europa.
Figura 22 Tanque de transporte de hidrognio liquefeito[8]
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Fornecimento externo CGH2
Por via rodoviria, os tanques de CGH2 conseguem
transportar 600 kg de CGH2 a uma presso que varia entre
200 e 300 bar. Um fornecimento de CGH2 requer uma
parceria entre dois tanques de transporte uma vez que
necessrio abastecer os postos com mais frequncia.
Comparando com a LH2, a energia requerida para a
compresso menor: o hidrognio introduzido no tanque
e a permanece sem se verificarem perdas. Londres,
Luxemburgo e Porto so exemplos de cidades europeias
que dependem do CGH2 externo.
A ideia da liquefaco do gs teve a sua origem nas viagens espaciais realizadas no passado. Actualmente a
indstria qumica a grande consumidora deste combustvel, no s em hidrogenao como tambm em
sntese e produo de fertilizantes. A quantidade e pureza requeridas dependem da aplicao e o seu
crescimento nesta indstria prev-se ser de 7 a 10% nos prximos anos. Contudo, o futuro do hidrognio passa
pelas clulas de combustvel que requerem o hidrognio e oxignio para a produo de calor e electricidade,sendo a gua o nico sub-produto.
5 O Hidrognio como combustvel
5.1 Clulas de combustvel [ 24]
Uma clula de combustvel um dispositivo electroqumico que gera electricidade directamente a partir da
energia guardada num combustvel. possvel ver uma clula de combustvel como uma bateria convencional
mas onde os reagentes no so slidos e podem portanto continuar a ser fornecidos continuamente.
Visto que o processo no recorre combusto, esta soluo apresenta enormes vantagens no que diz respeito
ao impacto ambiental quando comparada com as tecnologias convencionais de uso de combustveis.
Figura 23 Depsitos de CGH2 no Luxemburgo[ 8]
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Figura 25 - Clula de combustvel alcalina
Todas as clulas de combustvel tm o mesmo princpio.
O combustvel reage catalticamente (so removidos
electres dos elementos do combustvel) na clula de
combustvel por forma a criar uma corrente elctrica. As
clulas de combustvel consistem num electrlito
colocado entre dois elctrodos finos (nodo e ctodo). O
combustvel passa pelo nodo (e o oxignio pelo ctodo)
onde se separa catalticamente em ies e electres. Os
electres atravessam um circuito externo para servir uma
carga elctrica enquanto os ies se movem pelo
electrlito em direco ao elctrodo carregado com carga
contrria. No elctrodo os ies combinam-se e do
origem aos produtos de reaco, fundamentalmente gua
e dixido de carbono. As reaces qumicas variam
dependendo do combustvel utilizado.
As clulas de combustvel so uma das solues mais promissoras para a mobilidade sustentvel por
oferecerem a possibilidade de fornecer energia de uma forma no-poluente.
Uma grande parte da indstria automvel aposta neste tipo de solues para enfrentar os desafios ambientais
do futuro.
5.1.1 Clulas de combustvel alcalinas
(AFC - Alkaline Fuel Cell)
Este tipo de clulas de combustvel funciona comhidrognio e oxignio comprimidos. Usam geralmente
uma soluo de hidrxido de potssio (KOH) em gua
como electrlito. A eficincia pode ir at 70% e a
temperatura de funcionamento fica entre os 150 e 200 C.
Uma clula deste tipo pode fornecer uma potncia entre os
300 watts e os 5 kilowatts. Estas clulas de combustvel
precisam de hidrognio puro como combustvel porque as
Figura 24 - Clula de combustvel genrica
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Figura 26 - Clula de combustvel de carbonato fundido
impurezas podem provocar a formao de carbonato slido (que interfere nas reaces dentro da clula).
Reaco no nodo: (13)
Reaco no ctodo: (14)
Reaco total na clula: (15)
Foi este o tipo de clulas de combustvel usado na nave espacial Apollo para fornecer electricidade e gua
potvel. Uma das maiores desvantagens desta tecnologia o preo do catalisador do elctrodo de platina.
5.1.2
Clulas de combustvel de carbonato fundido(MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell)
Numa clula de combustvel de carbonato fundido o electrlito composto por sais de carbonato. Aquecido a
650 C, o sal derrete e conduz ies carbonato (CO32-)
do ctodo at ao nodo. No nodo, o hidrognio reage
com os ies e produz gua, dixido de carbono e
electres. Os electres, ao atravessarem um circuito
externo, fornecem potncia elctrica e voltam ao
ctodo. Uma vez no ctodo, o oxignio do ar e o
dixido de carbono reciclado do nodo reagem com os
electres para formar ies CO32- que reabastecem o
electrlito e transferem corrente atravs da clula de
combustvel.
Reaco no nodo: (16)
Reaco no ctodo: (17)
Reaco total na clula: (18)
2 2
2 2
2 2 2
2 4 4 4
2 4 4
2 2
H OH H O e
O H O e OH
H O H O
+ +
+ +
+
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
23 2 2 2
22 3
2 2 2 2 2
2
12
21
2
CO H H O CO e
CO O e CO
H g O g CO ctodo H O g CO nodo
+ + +
+ +
+ + +
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Este tipo de clulas de combustvel pode extrair hidrognio a partir de uma variedade de combustveis usando
um reformador interno ou externo. So tambm menos sujeitas ao envenenamento por monxido de carbono
do que as clulas de combustvel de baixas temperaturas. Isso faz com que os combustveis fsseis sejam uma
soluo mais atractiva para este tipo de clula de combustvel.
As clulas de combustvel de carbonato fundido funcionam bem com catalisadores de nquel (mais baratos que
platina) e exibem uma eficincia de 60%, podendo chegar aos 85% se o calor desperdiado for aproveitado
para gerar electricidade. Actualmente, unidades de demonstrao exibem uma produo de 2 MW mas existem
planos para unidades de 50 a 100 MW de capacidade.
Duas dificuldades colocam este tipo de tecnologia em desvantagem comparativamente a outro tipo de clulas:
a primeira a complexidade de trabalhar com um electrlito lquido em comparao com um electrlito
slido, a outra, tem a ver com a reaco qumica dentro da clula. Os ies CO 32- do electrlito so gastos nas
reaces no nodo tornando-se necessrio injectar dixido de carbono no ctodo para compensar.
5.1.3 Clulas de combustvel com membrana de permuta de protes
(PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
Este o tipo de clula de combustvel que se acredita vir a conseguir substituir os motores de combusto
interna a diesel e a gasolina nos veculos motorizados do futuro. Foi esta a tecnologia usada pela primeira vez
pela NASA nos anos 60 no programa Gemini.
As clulas de combustvel com membrana de permuta de
protes apresentam como principal vantagem a sua
simplicidade de funcionamento. Estas clulas baseiam-se
no uso de uma membrana slida feita de um polmeropermevel a protes quando saturado com gua mas que
nessas condies no conduz electres.
O combustvel destas clulas o hidrognio e o
transportador da carga o io de hidrognio, o proto. No
nodo, a molcula de hidrognio dividida em ies de
hidrognio e electres. Os ies atravessam oFigura 27 - Clula de combustvel com membrana de
permuta protnica
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Figura 28 - Clula de combustvel de cido fosfrico
electrlito at ao ctodo enquanto os electres passam pelo circuito externo onde fornecem potncia elctrica.
O oxignio do ar fornecido no ctodo e combina-se com os electres e com os ies de hidrognio para
formar gua.
Reaco no nodo: (19)
Reaco no ctodo: (20)
Reaco total na clula: (21)
Comparativamente aos outros tipos, as clulas de combustvel de membrana de permuta de protes geram
mais potncia por volume ou massa de clula de combustvel. A elevada densidade de potncia faz com que
estas clulas sejam mais compactas e leves. Alm disso, a temperatura de operao inferior a 100 C, o que
proporciona um arranque rpido. Estas caractersticas aliadas possibilidade de mudar rapidamente a potncia
de sada fazem da clula de combustvel de membrana de permuta de protes a principal candidata a
aplicaes em automveis.
5.1.4 Clulas de combustvel de cido fosfrico
(PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell)
As clulas de combustvel deste tipo so as que exibem
o estado de desenvolvimento mais maduro at ao
momento, tendo sido as primeiras a serem
comercializadas. Desenvolvidas em meados dos anos
60 e testadas desde os anos 70, tm melhorado
significativamente em estabilidade, performance e
custo. Estas caractersticas fazem das clulas de
combustvel de cido fosfrico boas candidatas aaplicaes fixas.
Neste tipo de clulas o electrlito o cido fosfrico
(H3PO4) concentrado, o que faz com que os
componentes da clulas tenham de ser resistentes corroso. A condutividade inica do cido fosfrico
baixa para temperaturas reduzidas, e por isso, estas clulas funcionam entre os 150 C e os 220 C.
2
2 2
2 2 2
2 4 4
4 4 2
2 2
H H e
O H e H O
H O H O
+
+
+
+ +
+
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Tal como nas clulas de combustvel de membrana de permuta protnica, o transportador de cargas o io
hidrognio, H+. As reaces que ocorrem no nodo e no ctodo so tambm idnticas.
Reaco no nodo: (22)
Reaco no ctodo: (23)
Reaco total na clula: (24)
A eficincia das clulas de combustvel de cido fosfrico so tpicamente volta de 40%. Os 80% de
eficincia podem tambm aqui ser alcanados atravs do aproveitamento da energia libertada em forma de
calor.
5.1.5 Clulas de combustvel de xido slido
(SOFC - Solid Oxid Fuel Cell)
A clula de combustvel de xido slido actualmente a clula de mais alta temperatura em desenvolvimento
e pode funcionar em temperaturas que vo desde os 600 C aos 1000 C. Esta caracterstica faz com que possausar uma grande variedade de combustveis. Para poder operar a to altas temperaturas, o electrlito um
material cermico slido fino (xido slido) que condutor de ies de oxignio. Desde os anos 50 que as
clulas de combustvel de xido slido tm vindo a ser desenvolvidas e tm sido investigadas duas
configuraes: painel plano e tubular.
O transportador da carga nestas clulas de combustvel o io
oxignio. No ctodo, as molculas de oxignio provenientes
do ar so divididas em ies oxignio com a adio de quatroelectres. Esses ies so conduzidos atravs do electrlito e
combinam-se com o hidrognio no nodo libertando a quatro
electres. Os electres atravessam um circuito externo
fornecendo assim potncia elctrica.
2
2 2
2 2 2
2 4 4
4 4 2
2 2
H H e
O H e H O
H O H O
+
+
+
+ +
+
Figura 29 - Clula de combustvel de xido slido
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Reaco no nodo: (25)
Reaco no ctodo: (26)Reaco total na clula: (27)
Este tipo de clula de combustvel dos que apresenta uma maior eficincia, podendo chegar aos 60%. Alm
disso, as altas temperaturas de funcionamento podem ser usadas para criar vapor de alta presso que pode ser
aproveitado em vrias aplicaes. Atravs da combinao de uma clula de combustvel de alta temperatura
com uma turbina pode-se obter uma clula de combustvel hbrida com uma eficincia de mais de 70%.
5.2 Outras clulas de combustvel
5.2.1 Clulas de combustvel de metanol directo
(DMFC Direct Methanol Fuel Cell)
A tecnologia DMFC muito semelhante usada nas clulas de combustvel com membrana de permuta
protnica. Neste caso, a clula de combustvel faz o uso directo de metanol sem necessidade de reformar o
combustvel para obteno de hidrognio puro. O metanol convertido em dixido de carbono e hidrognio
no nodo. A partir da a clula segue o padro de reaco de uma PEMFC.
Este tipo de clulas no apresenta muitos dos problemas de armazenamento tpicos de outras tecnologias visto
que o metanol tem uma densidade de potncia maior que o hidrognio (embora menor que a gasolina ou o
diesel). O metanol mais fcil de transportar e fornecer ao mercado porque pode usar a intra-estrutura
existente visto ser uma combustvel lquido.
22 2
22
2 2 2
2 2 2 4
4 22 2
H O H O e
O e O
H O H O
+ +
+ +
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Figura 30 - Clula de combustvel de metanol directo
Reaco no nodo: (28)
Reaco no ctodo: (29)
Reaco total na clula: (30)
Estas clulas funcionam na gama de temperaturas entre 120 C e 130 C (um pouco mais que a temperatura
padro para as PEMFC) e atingem uma eficincia de 40%. Uma das principais desvantagens a necessidadede uma maior quantidade de platina como catalisador por forma a tornar possvel a converso do metanol em
hidrognio e dixido de carbono a baixas temperaturas.
A tecnologia de clulas de combustvel de metanol directo est ainda numa fase prematura do seu
desenvolvimento.
5.2.2 Clulas de combustvel de zinco-ar
(ZAFC Zinc-Air Fuel Cell)
As clulas de combustvel de zinco-ar combinam as algumas caractersticas de outras clulas de combustvel
com algumas das caractersticas das pilhas [ 20].
A tecnologia zinco-ar existe j h mais de um sculo. Numa clula de combustvel de zinco-ar tpica existe
pelo menos um elctrodo de difuso de gs (GDE Gas Diffusion Electrode), um nodo de zinco separado por
um electrlito e um tipo de separadores mecnicos. O GDE uma membrana permevel que deixa passar o
3 2 2
2 2
3 2 2 2
6 6
36 6 3
23
22
CH OH H O CO H e
O H e H O
CH OH O CO H O
+
+
+ + +
+ +
+ +
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oxignio atmosfrico. Depois deste ter sido convertido para ies hidrxido e gua, estes atravessam o
electrlito e chegam ao nodo de zinco; a chegados, os ies hidrxido reagem com o zinco e formam xido de
zinco, criando-se um potencial elctrico.
Quando um conjunto de clulas de zinco-ar so ligadas, o potencial elctrico combinado que estas oferecem
pode ser considervel e assim ser usado como fonte de electricidade.
Reaco no nodo: (31)
(32)
Reaco no ctodo: (33)
(34)
Reaco total na clula: (35)
O electrlito neste tipo de clulas um electrlito cermico slido que usa o io hidrxido como transporte de
carga. Para atingir uma eficincia considervel, atravs do uso de combustveis baseados em hidrocarbonetos e
na alta condutividade do electrlito para o transporte de carga, as clulas de combustvel de zinco-ar
funcionam a temperaturas que rondam os 700 C. Estas elevadas temperaturas permitem o reforming interno
de hidrocarbonetos, eliminando assim a necessidade de um reforming externo. Uma vez mais, o calor gerado a
altas temperaturas pode ser usado para produzir vapor de alta presso que pode ter aplicaes muito variadas.
O electrlito deste tipo de clulas de combustvel tem algumas vantagens sobre os outros electrlitos: no
necessita de gua como a membrana de permuta protnica das PEMFCs no podendo portanto secar. Elimina
assim a necessidade de monitorizar os nveis de humidade no nodo e no ctodo. Outra vantagem o facto de
ser slido, o que evita as eventuais fugas nos electrlitos lquidos.
Devido ao facto do nodo de zinco ser consumido na reaco torna-se necessria a substituio deste
componente em certos intervalos de tempo.
4 2 2 6 6CH H O CO H e
Zn OH ZnO H e
+
+
+ + +
+ + +
2
2 2
2 2 24 4 2
O H e OH
O H e H O
+
+
+ +
+ +
4 2 2 22 2CH O CO H O+ +
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Figura 31 - Helios em Voo
5.2.3 Clulas de combustvel regenerativas
(RFC)
As clulas de combustvel regenerativas produzem electricidade e calor e conseguem inverter o processo. Ao
ser alimentada com uma corrente elctrica, uma RFC capaz de fazer electrlise da gua e produzir
hidrognio e oxignio, ou seja, uma clula de combustvel regenerativa um sistema integrado de uma clula
de combustvel com um equipamento de electrlise possibilitando alguma economia de peso e custo
comparativamente a sistemas dedicados.
O nvel de eficincia de uma funo da RFCno necessariamente menor que num sistema dedicado mas o
catalisador no sistema no pode ser optimizado para ambas as funes. Assim, a eficincia no mxima nos
dois processos. As clulas de combustvel regenerativas so habitualmente baseadas na tecnologia PEMFC.
A NASA realizou um projecto baseado neste tipo de clulas de combustvel, o projecto Helios.
O Helios era um veculo areo impulsionado por 14
motores elctricos de 1,5 kW alimentados por paineis
solares (durante o dia) ou pela clula de combustvel
(durante a noite). Durante o dia, a RFC realizava
electrlise para produzir hidrognio enquanto que
durante a noite o hidrognio era usado como fonte de
energia.
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Figura 32 - Diagrama energtico do Helios
5.3 O Hidrognio em motores de combusto interna
Uma outra vertente seguida por alguns fabricantes no que diz respeito ao uso de hidrognio como vector
energtico a soluo clssica de combusto interna, mas desta vez, a hidrognio.
A primeira tentativa de desenvolver um motor a hidrognio foi reportada por Reverend W. Cecil em 1820 num
paperintitulado On the application of Hydrogen Gas to Produce Moving Power in Machinery. Entre 1860 e
1870 Nikolaus August Otto, o inventor do primeiro motor de combusto interna a 4 tempos, reportou o uso de
um gs sinttico provavelmente constitudo por 50% de hidrognio.
Em geral, fazer com que um motor de combusto interna funcione a hidrognio no difcil, o desafio fazer
com que funcione bem. De seguida descrevem-se algumas das propriedades do hidrognio que fazem a
diferena em relao aos combustveis mais usados nos motores de combusto interna.
O hidrognio tem uma elevada amplitude de inflamabilidade comparativamente a todos os outros
combustveis. Como resultado, o hidrognio pode ser queimado num motor de combusto interna a
uma grande variedade de misturas ar-combustvel. Este facto permite um funcionamento base de
misturas pobres em combustvel originando uma reaco de combusto mais completa e reduzida
emisso de poluentes por parte do motor. H um limite inferior de teor de combustvel at porque
quanto mais pobre for a mistura, menor a potncia resultante.
O hidrognio necessita de baixa energia de ignio. A quantidade de energia necessria ignio do
hidrognio cerca de uma ordem de grandeza inferior necessria para a gasolina. Isso faz com que
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os motores a hidrognio possam ter ignio em misturas pobres e assegura uma ignio correcta.
Infelizmente isso tambm significa que gases quentes ou zonas quentes dentro do cilindro podem
servir como fontes de ignio criando problemas de ignio prematura e flashback. Este um dos
principais desafios no funcionamento de um motor de combusto a hidrognio. Alm disso, a chama
resultante da combusto do hidrognio passa mais perto das paredes internas do cilindro antes de se
extinguir, o que pode tambm levar a um aumento do risco de backfire.
O hidrognio tem uma temperatura de auto-ignio relativamente alta. Esta caracterstica importante
na determinao do factor de compresso que um motor pode usar visto que ambas as variveis esto
directamente relacionadas. A temperatura resultante da compresso no pode exceder a temperatura de
auto-ignio do hidrognio, se exceder, tem-se inevitavelmente uma pr-ignio.
A velocidade da chama que resulta da combusto do hidrognio muito alta. Em equilbrio
estequiomtrico, a velocidade da chama de hidrognio perto de uma ordem de grandeza maior que a
da gasolina; em misturas mais pobres essa velocidade decresce significativamente.
O hidrognio tem um elevado grau de difuso. Esta capacidade de se dispersar no ar
consideravelmente maior que a da gasolina e isso uma vantagem: por um lado facilita a formao
uniforme de uma mistura de ar-combustvel, por outro, em caso de fuga o hidrognio dispersa-se
rapidamente.
O hidrognio um gs de muito baixa densidade. Esta caracterstica resulta em dois problemas no uso
num motor de combusto interna: em primeiro lugar preciso um grande volume de hidrognio para
garantir uma autonomia minimamente razovel no veculo, em segundo lugar, a baixa densidade do
hidrognio resulta numa baixa densidade energtica da mistura ar-combustvel, o que faz com que a
potncia resultante seja reduzida.
Contrariamente soluo das clulas de combustvel, a combusto interna de hidrognio pode resultar na
emisso de alguns poluentes, nomeadamente xidos de azoto (NOx). Outros poluentes produzidos em pequena
escala podem resultar da queima de alguns resduos de leo do motor e no do hidrognio em si.
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Em teoria, a combusto de hidrognio com o ar no devia resultar em mais do que gua:
2 2 22 2 H O H O+ (36)
Na prtica, como o ar no contm s oxignio, fica:
2 2 2 2 2 xH O N H O N NO+ + + + (37)
Ainda assim, os NOx so os nicos poluentes resultantes da combusto do hidrognio com o ar. Convm
lembrar que quando a gasolina queimada resultam uma variedade de poluentes, destacando-se o NOx, o
monxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC).
Seja a relao entre a mistura ar/combustvel em equilbrio estequiomtrico e a mistura ar/combustvel real.Nas figuras que se seguem pretendem-se comparar as emisses em funo de de um motor de combusto
interna a hidrognio com um motor a gasolina.
Motor a Gasolina
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0,5 1 1,5
g/
kWh NOx
CO
HC
Figura 33 - Emisses no motor a gasolina
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Motor a Hidrognio
0
2
4
6
8
10
12
1416
0 0,5 1 1,5
g/kWh
NOx
Figura 34 - Emisses no motor a hidrognio
Com vista a conseguir uma emisso reduzida de poluentes, os motores de combusto interna a hidrognio so
concebidos para funcionar a uma mistura ar/combustvel que contm sensivelmente o dobro do ar
comparativamente mistura em equilbrio estequiomtrico. Nestas propores, as emisses de NOx so
prximas de zero mas a potncia resultante cerca de metade de um motor a gasolina com a mesma
capacidade. Para compensar a perda de potncia os motores a hidrognio so geralmente de maior capacidade
e so equipados com turbo.
6 O futuro do H2: solues para mobilidade sustentvel
Como j foi referido anteriormente, as clulas de combustvel representam uma das tecnologias mais
promissoras no que diz respeito a mobilidade sustentvel no futuro. Por terem esta ideia bem presente, vrios
fabricantes na indstria automvel avanam j com prottipos de veculos baseados em clulas de combustvel
a hidrognio.
6.1 Solues baseadas nas clulas de combustvel
General Motors, GM
A GM [ 26], uma das maiores empresas no ramo automvel, criou solues baseadas em clulas de
combustvel a hidrognio em vrios veculos prottipo bem como em veculos adaptados de modelos j bem
conhecidos do pblico.
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Figura 35 -Hydrogen1
O Hydrogen1 foi introduzido em meados do ano 2000, baseado no Opel Zafira e usa uma clula de
combustvel a hidrognio para fornecer electricidade a uma bateria que alimenta o motor elctrico do veculo [
25].
OHydrogen1 usa um bloco de 200 clulas de combustvel
ligadas em srie capazes de gerar cerca de 80 kW de
potncia constante. Motorizado pelo motor elctrico
trifsico de 55kW/75cv, o Hydrogen1 consegue
aceleraes dos 0 aos 100km/h em 16 segundos e uma
velocidade mxima de 140 km/h. Com um depsito de 75 lde hidrognio lquido, este veculo atinge uma autonomia
de 400 km.
Ao longo da evoluo deste tipo de tecnologias surge por parte da GM oHydrogen3, que basicamente uma
evoluo doHydrogen1. Este novo modelo incorpora o mesmo nmero de clulas que o anterior mas desta vez
com um rendimento de 94 kW o que, com o novo motor elctrico de 60kW/80cv, possibilitou o aumento da
velocidade mxima para os 160 km/h.
O Hydrogen3 foi sujeito a uma prova de endurance
iniciada a 3 de Maio de 2004 em Hamburgo, na
Alemanha. A maratona terminou a 9 de Junho de
2004 em Portugal no Cabo da Roca onde o veculo
completou 9696 Km depois de ter atravessado a
Europa.
Figura 36 -Hydrogen3
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No mbito de prottipos, a GM comea por propor oAUTOnomy como a primeira de uma das propostas mais
arrojadas em termos de inovao automvel baseada em clulas de combustvel de hidrognio. Este prottipo
o primeiro a combinar a tecnologia by-wire com clulas de combustvel, permitindo para alm de outros o
controlo exclusivamente electrnico da direco, acelerao, travagem.
A evoluo doAUTOnomy nesta linha de prottipos d pelo nome deHy-wire. OHy-wire pretende incorporar
as caractersticas do conceito AUTOnomy. Todos os sistemas de propulso e controlo esto contidos num
chassis de 30 cm de espessura, maximizando assim o espao interior para 5 ocupantes e respectiva bagagem.
O nmero de clulas de combustvel, o seu rendimento e a potncia do motor elctrico so idnticos aos do
Hydrogen3.
Figura 39 - Base doHy-wire
Figura 37 - AUTOnomy Figura 38 -Hy-wire
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Figura 41 - Ford P2000 FCEV
A ultima inovao em prottipos nesta linha por parte deste fabricante o GM Sequel, anunciado a 10 de
Janeiro de 2005 no site oficial.
Neste modelo a GM conseguiu o armazenamento de
hidrognio a uma presso de 10 000 psi e com isso um
aumento da autonomia para os 480 km. Alm disso a nova
gerao de clulas de combustvel fazem com que este modelo
seja capaz de uma acelerao dos 0 aos 100 km/h em menos de
10 segundos.
Ford Motor Company[ 21], [ 22]
A Ford tambm tem desempenhado um papel relevante no que diz respeito investigao do uso de clulas de
combustvel a hidrognio na indstria automvel. Em Janeiro de 1999, no Detroit Auto Show, a Ford
apresentou o P2000, um veculo baseado no Ford Mondeo alimentado a clulas de combustvel.
Este modelo foi provavelmente o primeiro automvel comum de
passageiros com cinco lugares a funcionar a clulas de combustvel.
Usa 381 clulas de combustvel de membrana de permuta protnica
que no total so capazes de produzir cerca de 75 kW. Este automvel
capaz de uma acelerao dos 0 aos 100 km/h em 12,3 segundos e
atinge uma velocidade mxima de 128 km/h. Exibe uma autonomia
de 160 km atravs do uso de hidrognio em gs comprimido.
Depois do lanamento do P2000, a Ford surge no ano 2000 com o Ford Focus FCV.
Figura 40 - GM Sequel
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Figura 42 - Ford Focus FCV
Figura 43 - Ford Focus FCVHbrido
Este modelo apresenta caractersticas muito semelhantes ao
P2000 tendo sofrido as modificaes na forma como esto
colocados os componentes da clula de combustvel a
hidrognio.
A Ford surge na terceira gerao de automveis movidos a clula de combustvel com o Ford Focus FCV
Hbrido.
Atravs do armazenamento de hidrognio gasoso a cerca de
5000 psi a autonomia deste modelo pode chegar aos 320 km. O
Focus FCV Hbrido distingue-se dos anteriores pelo uso, em
conjunto com a clula de combustvel, de baterias Ni-MH por
forma a melhorar a eficincia e a performance. Alm disso,
incorpora tambm -como j vem sendo hbito nos hbridos - um
sistema de traves regenerativo que torna possvel a recuperao,
sob a forma de electricidade, de alguma da energia libertada nas
travagens.
Daimler-Chryler[ 27]
A DaimlerChrysler outro dos fabricantes a contribuir positivamente para o desenvolvimento e testes de
veculos baseados em clulas de combustvel. Em 18 de Junho de 2004 o fabricante entregou a clientes
alemes em Berlin os primeiros automveis de passageiros movidos a clulas de combustvel. Os modelos so
uma adaptao do Mercedes-Benz Classe-A, tendo sido intitulados F-Cell.
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Figura 46 -Mercedes-Benz SprinterFigura 46 -Mercedes-Benz Citaro
Outros projectos da DaimlerChrysler incluem autocarros postos a circular em Maio de 2003 na cidade de
Madrid. O Mercedes-Benz Citaro foi o primeiro autocarro a clula de combustvel a ser posto a funcionar
como transporte de servio regular.
Este construtor participa ainda na rea das operaes de entregas dirias num projecto de dois anos onde so
usadosMercedes-Benz Sprintermovidos a clulas de combustvel.
Figura 44 - Mercedes-Benz Classe-A F-Cell
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Honda
O construtor japons Honda outro dos exemplos que mostram a viabilidade do uso do hidrognio comoresposta s necessidades de mobilidade sustentvel. Prova disto o utilitrio Honda FCX, o primeiro
automvel certificado para uso quotidiano.
O FCX tem uma potncia de 80 cv e atinge uma velocidade mxima
de 150 km/h. O depsito de hidrognio a 5000 psi permite uma
autonomia de 350 km.
Ballard Power Systems
A Ballard Power Systems no se insere directamente na indstria automvel mas neste momento lder
mundial em clulas de combustvel. A grande maioria dos fabricantes de automveis que j tm solues
baseadas em clulas de combustvel de hidrognio incorporam produtos da Ballard.
O modelo Mark 902 uma clula de combustvel de permuta protnica de
quarta gerao. desenhada para aplicaes de transportes baixa envergadura
e tem a capacidade de fornecer 85 kW de potncia continuamente.
Figura 47 -Honda FCX
Figura 48 -Ballard Mark 902
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6.2 Solues baseadas na combusto interna de Hidrognio
A aplicao da filosofia dos motores de combusto interna a hidrognio est a ser seguida por algunsfabricantes da indstria automvel.
A viso da BMW [ 28], por exemplo, aposta numa soluo mista de hidrognio e gasolina enquanto a
disponibilidade de abastecimento de hidrognio reduzida.
O BMW 750hLs mostrou durante a BMW Clean Energy
World Tour ser capaz de percorrer cerca de 170 000 kmssem problemas.
A Ford Motor Company tambm tem solues baseadas na combusto do hidrognio. Um bom exemplo disso
o Ford Model U Conceptcom um motor optimizado para hidrognio, 25% mais eficiente comparativamente
verso a gasolina.
Figura 51 - Motor a hidrognio do Ford Model U[ 23]
Figura 49 - Indicadores de hidrognio e gasolina
Figura 50 -BMW 750hLs
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7 Projectos e iniciativas
7.1 Relatrio Well-to-Wheel
Os resultados do estudo efectuado pela GM foram conhecidos em Maro de 2004 [ 30]. O objectivo foi
estudar a eficincia dos combustveis e as respectivas emisses, baseando-se numa primeira fase na produo,
transporte e distribuio, seguindo-se a comparao entre os vrios combustveis. A anlise conjunta destes
dois parmetros anteriores possibilitar integrar o hidrognio como combustvel nos transportes.
Esse estudo permitiu concluir que o consumo de energia e as emisses dos gases de efeito de estufa devem ser
reavaliados tendo em vista o futuro das clulas de combustvel, uma vez que os veculos hbridos no menos
poluentes. O hidrognio o combustvel que pode provir de muitas fontes, destacando-se a biomassa. Assim
sendo, as fontes de energia renovvel sero um suporte para o seu desenvolvimento. O petrleo e o gs natural
so os combustveis que permitem uma menor perda de energia total, sendo o hidrognio lquido o que
apresenta um elevado custo de produo devido sua liquefaco.
Os veculos que utilizam o hidrognio lquido proveniente do gs natural para combusto interna (ICE) no
produzem qualquer tipo de emisses poluentes, mas a sua produo a partir de combustveis fsseis j uma
fonte de gases poluentes. Por outro lado, os veculos a gasolina e a diesel emitem elevadas quantidades de CO2
provenientes da combusto do combustvel, no entanto a produo desses mesmos combustveis emite uma
pequena quantidade de gases poluentes. A soluo para o problema da produo limpade hidrognio passa
pela electricidade renovvel.
7.2 O projecto Hydrogen Highway
Nos EUA, no estado da Califrnia, est a ser implementado um programa denominado Hydrogen Highway [
31], auto-estrada do hidrognio. Nas palavras do governador, o objectivo deste projecto suportar e catalisar
uma rpida transio para uma economia de transportes baseada no hidrognio, na Califrnia, reduzindo a
dependncia do petrleo estrangeiro e protegendo os cidados de ameaas para a sade pblica resultante das
emisses dos veculos. Esta aposta surge como uma oportunidade para lidar com estes problemas investindo
na capacidade de inovao da Califrnia para um futuro limpo baseado no hidrognio, trazendo emprego,
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investimento e continuidade da prosperidade econmica. O governador pensa com isto ter a oportunidade de
provar ao mundo que possvel uma coexistncia entre ambiente e economia prsperos.
Figura 52 A inaugurao de uma estao de abastecimento no Hydrogen Highway
7.3 O Projecto CUTE- Clean Urban Transport for Europe[ 8], [ 9]
Desde Novembro de 2001 que o projecto CUTE visa diminuir as emisses de poluentes para a atmosfera
baseando-se em clulas de combustvel, utilizando o hidrognio como impulsionador desta tecnologia. O seu
desenvolvimento permite uma utilizao mais racional da energia, diminuindo a sua dependncia em relao
aos combustveis fsseis e simultaneamente promove uma nova fonte de energia renovvel; a qualidade de
vida em reas densamente povoadas e a proteco ambiental foram melhoradas. O desenvolvimento
sustentvel nos transportes passa pela utilizao do hidrognio como combustvel no poluente, respeitando as
normas do Protocolo de Quioto. Desde o incio deste projecto no se verificaram qualquer tipo de emisses
poluentes, nem mesmo na fase de produo.
Na Europa mais de 18,5 milhes de euros foram investidos na criao de uma infra-estrutura de hidrognio
com o objectivo de testar vrios sistemas de produo, distribuio e estaes de enchimento de hidrognio,
bem como os prprios autocarros equipados com a tecnologia das clulas de combustvel. Dez cidades
europeias foram escolhidas para participarem neste projecto, existindo em cada uma delas 3 autocarros
movidos a hidrognio. Foi em Maio de 2003 que o primeiro veculo a hidrognio comeou a circular na cidade
de Madrid e at ao final desse mesmo ano os restantes 26 veculos foram postos a circular nas diversas cidades
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europeias. Em Amesterdo, Estocolmo, Barcelona e Hamburgo, a electrlise a via utilizada para a produo
de hidrognio, recorrendo energia elica, solar ou hidroelctrica para a produo de electricidade. Madrid e
Estugarda recorrem ao steam reforming como fonte de hidrognio.
Este projecto piloto envolve mais de 40 organizaes em toda a Europa, entre elas destacam-se utilizadores,
polticos, fornecedores, empresas de transporte e universidades. Pretende contribuir para que em 2020 o sector
dos transportes utilize cerca de 20% de energias alternativas, em particular as c
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