Os carros a hidrogênio Eles foram relegados para o segundo lugar com a proeminência de carros híbridos, a gasolina e elétricos. No entanto, o hidrogénio poderá ser o combustível do futuro, com vantagens muito superiores aos veículos elétricos no que diz respeito ao respeito pelo ambiente. E é que os carros elétricos não têm emissões, mas as suas baterias representam um sério desafio ambiental devido à produção de lítio e à sua reciclagem e gestão de resíduos. No entanto, o hidrogénio é a galinha dos ovos de ouro, todas são vantagens...
O que é hidrogênio?
El hidrogênio É um elemento químico da tabela periódica que se caracteriza por ser o mais simples de todos, com número atômico 1. É um gás muito leve, pode ser armazenado e não gera emissões poluentes por si só. Com essas características é um candidato perfeito para uso como combustível. Além disso, é muito abundante na terra e pode ser facilmente produzido por processos químicos. A energia renovável pode até ser usada para produzir esse tipo de gás. Portanto, também pode ser uma forma de obtenção de energia renovável.
tipos de hidrogênio
Existe uma nomenclatura de cores que classifica o hidrogênio de acordo com a forma como foi obtido. É importante saber o tipos existentes de hidrogêniocomo:
- Hidrogênio cinza: Esse tipo de hidrogênio é obtido pela reforma de combustíveis fósseis, como o gás natural. É o hidrogênio mais barato para produzir no momento, mas o CO2 é emitido para a atmosfera durante a produção, por isso não é uma forma limpa de obtê-lo. É o mais barato e o mais produzido atualmente.
- hidrogênio azul: É outro tipo de hidrogênio obtido a partir de combustíveis fósseis, mas desta vez com técnicas capazes de capturar e armazenar as emissões de CO2 que são produzidas durante o processo para que não sejam lançadas na atmosfera, por isso tem menos impacto ambiental do que cinza. Claro, as emissões durante sua produção não são totalmente eliminadas, mas são reduzidas. O preço de produção desse tipo de hidrogênio é intermediário.
- Hidrogênio verde: Ele é o melhor dos três, e vai ser muito falado. Este hidrogênio renovável é obtido através da eletrólise da água, portanto, nenhuma poluição é gerada durante o processo. Além disso, para alimentar os sistemas de eletrólise é feito com energias renováveis como eólica ou solar, por isso é um combustível sustentável e totalmente limpo. No entanto, atualmente é produzido em quantidades menores que os dois anteriores e é o mais caro.
O desafio é substituir todos os outros hidrogênios por hidrogênio verde e, dessa forma, obter o combustível certo.
Como é obtido o hidrogênio?
O hidrogênio, como vimos na seção anterior, pode ser produzido de várias maneiras. Mas independentemente da energia envolvida em seu processo de produção, vejamos agora o maneiras pelas quais esse gás pode ser obtido tão abundante:
- transformação molecular: esta técnica é obtida a partir de uma série de reações químicas para obter hidrogênio. Entre as técnicas mais utilizadas está a utilização do gás natural obtido de campos de petróleo. O vapor de alta temperatura é usado para dissociar o carbono do hidrogênio do qual o gás natural é feito. É assim que se obtém, por um lado, o di-hidrogênio e, por outro, o dióxido de carbono.
- Gaseificação: é um método que consegue a gaseificação com vapor de água e oxigênio puro de carvão ou biomassa. Em um reator, o carvão ou a biomassa são queimados a temperaturas muito altas. Esta combustão libera gases entre os quais está o altamente tóxico monóxido de carbono (CO) e dihidrogênio por outro lado.
- eletrólise da água: É o melhor método dos três em termos de sustentabilidade e também em termos de abundância, já que a maior parte da terra é constituída por água. Portanto, poderia ser obtido da água dos mares e oceanos. Para isso, utiliza-se um reservatório de água onde são inseridos os eletrodos. Aplicando uma corrente elétrica contínua, as moléculas de água (H2O) são separadas em oxigênio (O2) e hidrogênio (H2). Quando a fonte de energia dessa eletricidade é energia renovável, como solar ou eólica, esse hidrogênio é considerado verde.
Como funciona um motor a hidrogênio (célula de combustível)?
Quando precisamos converter hidrogênio em energia, o gás hidrogênio pode ser armazenado em tanques específicos de onde é canalizado para uma célula de combustível. Lá ele se recombina novamente com o oxigênio do ar (como acontece em um motor de combustão interna quando o ar entra no cilindro para causar combustão), o que produz uma reação energética e assim se obtém energia. Dessa forma, não haverá emissão de gases poluentes de nenhum tipo para a atmosfera, já que o único resíduo gerado por esse tipo de motor é a água. A recombinação do oxigênio do ar com o hidrogênio cria moléculas de H2O no processo. Uma água que poderia ser utilizada para outros fins, inclusive para regenerar hidrogênio por eletrólise.
Graças a esta reação entre o hidrogênio e o oxigênio em sua célula de combustível, a eletricidade é gerada para mover o motor elétrico e conduzir o veículo. Ou seja, os carros a hidrogênio são essencialmente elétricos, embora não obtenham sua energia de uma bateria de lítio ou outro tipo poluente, nem de um motor híbrido que também tenha emissões. No entanto, alguns veículos desse tipo podem ter uma bateria para armazenar a energia que não é consumida para uso em outro momento. Por exemplo, quando a demanda de energia é alta, toda a energia que vem da célula a combustível é consumida, enquanto se for baixa, parte pode ser desviada para os motores elétricos e parte para ser armazenada na bateria.
Muitos destes veículos também têm um freio regenerativo, ou seja, acumular energia elétrica proveniente da frenagem, ajudando assim a reduzir o consumo de hidrogênio e obter maior autonomia. E, como mencionei anteriormente, o único resíduo gerado é a água, que você vai expelir pelo escapamento.
Quanto a componentes de um veículo de célula de combustível de hidrogênionós temos:
- unidade de controle de energia: é um sistema que controla de forma otimizada a entrega de energia na célula de combustível, bem como o carregamento das baterias e o uso dessa energia elétrica.
- Motor elétrico: Pode haver um ou mais. Geralmente, é um motor síncrono de ímã permanente que converterá a eletricidade da célula de combustível ou da bateria em energia para impulsionar o veículo.
- conversor de tensão de célula de combustível: é o sistema capaz de adaptar a eletricidade gerada pela célula a combustível de hidrogênio para obter a tensão adequada para os motores.
- grupo de células de combustível: É o verdadeiro coração do sistema, o componente no qual a energia química proveniente do fornecimento de hidrogênio dos tanques e oxigênio do ar é transformada em energia elétrica.
- Bateria: a bateria se encarrega de armazenar a energia gerada pela célula de combustível e a recuperada da desaceleração, além de reforçar a potência da célula de combustível durante a aceleração em casos de alta demanda.
- tanques de alta pressão: o hidrogênio deve ser armazenado com segurança em tanques de alta pressão. Além disso, haverá válvulas de sobrepressão, alerta em caso de vazamento de hidrogênio e estrutura de três camadas: uma de polímero reforçado com fibra de vidro, uma intermediária de polímero e a terceira de plástico reforçado com fibra de carbono. Tudo para suportar pressões muito altas.
operação de célula de combustível
Nós dissemos que o célula de combustível, ou Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), é responsável por gerar energia elétrica a partir da reação entre o hidrogênio e o oxigênio do ar na atmosfera. Bem, para produzir essa eletricidade, são usadas reações eletroquímicas. As células de combustível usarão um ânodo e um cátodo em cada lado do eletrólito. Por exemplo, o hidrogênio é alimentado no ânodo e um catalisador é usado para gerar íons carregados positivamente que fluem através do eletrólito para o cátodo. Enquanto isso, no cátodo, o ar é aspirado para o sistema e se combina com um catalisador, íons de hidrogênio e elétrons para produzir calor e água como subprodutos. Isso induz uma corrente, gerando eletricidade.
Experiência de condução de um veículo a hidrogénio
Na prática, ao conduzir um veículo a hidrogénio, o experiência é quase idêntica à de um veículo elétrico a bateria. No entanto, existem algumas pequenas diferenças, muitas delas serão refinadas com o tempo, com o avanço da tecnologia, como também aconteceu com os carros elétricos, que mudaram muito dos primeiros modelos apresentados para os atuais, apesar de serem relativamente jovem. .
O desafio para os engenheiros automotivos é que as células de combustível de hidrogênio funcionam melhor com potência constante. No entanto, as demandas de potência de um veículo convencional ao trafegar em diferentes vias, como urbanas ou rodoviárias, exigem mudanças na entrega de potência. Algo em que os engenheiros trabalham para oferecer os melhores resultados possíveis.
Por exemplo, o Toyota Mirai, tem um Potência nominal de 90 kW (120 cavalos de potência). Mas isso não é suficiente para a aceleração em rodovias de alta velocidade, então a Toyota (como outros fabricantes de HFCV) adiciona uma bateria de baixa capacidade e alta voltagem, muito parecida com as usadas em veículos híbridos gasolina-elétricos, para ajudar a alcançar essa aceleração e potência extra quando exigiu. Além disso, isso não significa que carros muito potentes não possam ser feitos com células de combustível; na verdade, o supercarro Hyperion XP-1 é um carro a hidrogênio que pode acelerar de 0 a 100 km/h em cerca de 2.6 segundos e atingir velocidades máximas de 356km/h.
Vantagens e desvantagens do hidrogênio como combustível
Por fim, é importante destacar a vantagens e desvantagens que tem que usar hidrogênio como combustível para veículos:
Vantagens
Entre as vantagem Do uso do hidrogênio como combustível temos:
- Emissões zero: os veículos movidos a hidrogênio liberam apenas água como subproduto. Assim, você contribui com o meio ambiente.
- Reabastecimento rápido: levará apenas alguns minutos para reabastecer, pois você só precisará encher novamente os tanques de hidrogênio como faria com diesel ou gasolina. Nada a ver com os elétricos, que precisam ficar muito tempo ligados na tomada para carregar totalmente a bateria. Além disso, o custo médio de um carro elétrico é de cerca de 8.5€ por 100 km, semelhante ao que se gasta com combustíveis como o gasóleo ou a gasolina. Em vez disso, o hidrogênio poderia ser mais barato.
- Atende às metas da UE: os objetivos estabelecidos pela UE para reduzir as emissões são mais do que cumpridos pelos veículos movidos a hidrogênio. Na proposta da UE para 2030 pretende-se reduzir as emissões de gases poluentes em 35%, sendo que o automóvel a hidrogénio emite 0.
- Manutenção mínima: Esses motores elétricos precisam de manutenção mínima, simples e barata, além de serem bastante confiáveis. Portanto, você não precisará investir tanto quanto em um veículo com motor a combustão nesse aspecto.
- Silencioso: Eles são tão silenciosos quanto os elétricos, portanto não contribuem para a poluição sonora que existe em muitas cidades.
- Maior autonomia: carros a hidrogênio têm maior autonomia, algo muito importante. Enquanto os veículos elétricos oferecem alcances de 300 km em média, os veículos movidos a hidrogênio podem atingir mais que o dobro disso. Eles podem até alcançar autonomia de mais de 2000 km em um futuro próximo.
- Zero Emissões: com o autocolante DGT Zero Emissões pode estacionar sem pagar um tostão nas cidades, pelo que pode ter as mesmas vantagens que os carros elétricos ao circular em áreas urbanas.
- Suporta temperaturas extremas: Ao contrário dos carros 100% elétricos, os carros movidos a hidrogênio podem operar em temperaturas mais extremas. Dificilmente será perceptível no desempenho do veículo ou em sua autonomia, algo que acontece com os elétricos.
Desvantagens
Claro, os veículos movidos a hidrogênio também têm suas desvantagens, como todo. Os mais destacados são:
- Preço: Por não ser uma tecnologia tão madura, os veículos movidos a hidrogênio têm um preço mais elevado do que os carros convencionais ou elétricos. Portanto, é um detalhe a considerar. No entanto, a longo prazo, você pode economizar combustível e na oficina, dada a sua confiabilidade. Além disso, é preciso dizer que esses carros tendem a cair de preço com o passar do tempo, já que a tecnologia para criar células de combustível e também para tanques de hidrogênio vai amadurecer mais, o que deve ser muito seguro para suportar altas pressões e evitar vazamentos em acidentes, o que pode levar a explosões.
- Poucos pontos para reabastecer: Por ser atualmente uma tecnologia de propulsão minoritária, como é o caso do carro elétrico, não há muitos pontos para reabastecer. Isso deve mudar gradativamente. Na Espanha, por exemplo, os sites podem ser contados nos dedos de uma mão, já que existem apenas cerca de 6 pontos em Sevilha, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca e Barbastro. Outros países, como a Alemanha, já possuem mais veículos desse tipo, e têm a meta de chegar a até 500 pontos de abastecimento.
- Pouca variedade de modelos: Como não é uma tecnologia tão difundida, atualmente existem poucas marcas e modelos para escolher, embora isso também mude com o passar do tempo e os fabricantes os produzam em maior escala. Além disso, a falta de postos de abastecimento ou de rede de hidrogénio não está a ajudar a incentivar a venda deste tipo de veículos. No entanto, você já tem ótimos carros movidos a hidrogênio, como Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, etc.
- não compacto: Dada a complexidade dos tanques de hidrogênio e da célula de combustível, esses carros tendem a ter dimensões maiores; portanto, se você procura utilitários de pequeno porte, pode esquecer. Pelo menos por enquanto, até que um maior grau de compactação seja alcançado. Mesmo em alguns casos o porta-malas costuma não ser muito espaçoso, já que outros componentes mecânicos consomem parte do seu espaço. Nesse sentido, eles são semelhantes aos elétricos.
- Perigoso: O hidrogênio é altamente volátil e inflamável. Por isso, os tanques de hidrogênio devem ser muito resistentes e seguros, suportando impactos, evitando vazamentos com sistemas de segurança adicionais e suportando altas pressões. Tudo para manter os motoristas e demais passageiros seguros. Isso leva a outro problema derivado, que é que a célula de combustível e os tanques costumam ter uma vida útil mais limitada, dadas as normas de segurança. Atualmente, estima-se que o limite de um tanque de hidrogênio seja de 15 anos, quando teria que ser substituído por um novo. Quanto à célula de combustível, alguns fabricantes estimam que ela poderia reduzir sua potência em 15% após ter feito cerca de 225.000 km de uso, embora pouco a pouco eles estejam melhorando nesse aspecto.