Carros movidos a hidrogênio: um olhar sobre a Missão Nacional de Hidrogênio da Índia

A Índia anunciou uma Missão Nacional de Hidrogênio que traçará um roteiro para o uso de hidrogênio como fonte de energia. A iniciativa tem potencial para transformar o transporte.

Carro de célula de combustível a hidrogênio Mirai remodelado da Toyota, mostrando a engenharia sob o capô, em exibição em seu evento de lançamento em Tóquio em dezembro de 2020. (Foto: Reuters)

Tradicionalmente um lento movimento em tecnologias de veículos elétricos (EV) de fronteira, a Índia fez uma entrada estranhamente precoce na corrida para explorar o potencial de energia do elemento mais abundante no universo, o hidrogênio. Menos de quatro meses após o Departamento de Energia dos Estados Unidos anunciar um investimento de até US $ 100 milhões na produção de hidrogênio e pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de células de combustível, a Índia anunciou uma Missão Nacional de Hidrogênio.

A proposta no Orçamento será seguida de um rascunho da missão nos próximos meses - um roteiro para usar o hidrogênio como fonte de energia, com foco específico no hidrogênio verde, combinando a crescente capacidade renovável da Índia com a economia do hidrogênio, indicaram funcionários do governo .

E embora os setores de uso final propostos incluam aço e produtos químicos, a principal indústria que o hidrogênio tem potencial de transformar é o transporte - que contribui com um terço de todas as emissões de gases de efeito estufa, e onde o hidrogênio está sendo visto como uma substituição direta dos combustíveis fósseis, com vantagens específicas sobre VEs tradicionais.

Um punhado de pilotos ligados à mobilidade já está em andamento.

Em outubro, Delhi se tornou a primeira cidade indiana a operar ônibus movidos a gás natural comprimido de hidrogênio (H-CNG) em um projeto piloto de seis meses. Os ônibus funcionarão com uma nova tecnologia patenteada pela Indian Oil Corp para a produção de H-CNG - 18 por cento do hidrogênio em CNG - diretamente do gás natural, sem recorrer à mistura convencional.

A Power major NTPC Ltd está operando um piloto para operar 10 ônibus elétricos baseados em células de combustível de hidrogênio e carros elétricos com células de combustível em Leh e Delhi, e está considerando a criação de uma unidade de produção de hidrogênio verde em Andhra Pradesh.

O IOC também está planejando estabelecer uma unidade dedicada à produção de hidrogênio para operar ônibus em seu centro de P&D em Faridabad.

Como uma estrutura regulatória de apoio, o Ministério de Transporte Rodoviário e Rodovias no final do ano passado emitiu uma notificação propondo emendas às Regras de Veículos Motorizados Centrais de 1989, para incluir padrões de avaliação de segurança para veículos baseados em células de combustível de hidrogênio.

Por que o hidrogênio - e seus tipos

O potencial do hidrogênio como fonte de combustível limpo tem uma história de quase 150 anos. Em 1874, o escritor de ficção científica Júlio Verne expôs uma visão presciente em A Ilha Misteriosa - de um mundo onde a água um dia será empregada como combustível, o hidrogênio e o oxigênio que o constituem, usados ​​isoladamente ou em conjunto, fornecerão uma fonte inesgotável de calor e luz, com uma intensidade de que o carvão não é capaz.

Em 1937, o dirigível de passageiros alemão LZ129 Hindenburg usou combustível de hidrogênio para voar através do Atlântico, apenas para explodir enquanto atracava na Naval Air Station Lakehurst em Nova Jersey, matando 36 pessoas. No final dos anos 1960, as células de combustível de hidrogênio ajudaram a impulsionar as missões Apollo da NASA à lua.

Após os choques do preço do petróleo na década de 1970, a possibilidade de o hidrogênio substituir os combustíveis fósseis passou a ser considerada seriamente. Três montadoras - a japonesa Honda e a Toyota, e a sul-coreana Hyundai - desde então se moveram decisivamente na direção de comercializar a tecnologia, embora em uma escala limitada.

O elemento mais comum na natureza não é encontrado livremente. O hidrogênio existe apenas combinado com outros elementos e deve ser extraído de compostos naturais como a água (que é uma combinação de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio). Embora o hidrogênio seja uma molécula limpa, o processo de extração consome muita energia.

As fontes e processos pelos quais o hidrogênio é derivado são categorizados por guias de cores. O hidrogênio produzido a partir de combustíveis fósseis é chamado de hidrogênio cinza; isso constitui a maior parte do hidrogênio produzido hoje. O hidrogênio gerado a partir de combustíveis fósseis com opções de captura e armazenamento de carbono é chamado de hidrogênio azul; o hidrogênio gerado inteiramente a partir de fontes de energia renováveis ​​é chamado de hidrogênio verde. No último processo, a eletricidade gerada a partir de energia renovável é usada para dividir a água em hidrogênio e oxigênio.

O caso do hidrogênio verde

O hidrogênio verde tem vantagens específicas. Um, é uma molécula de queima limpa, que pode descarbonizar uma variedade de setores, incluindo ferro e aço, produtos químicos e transporte. Dois, a energia renovável que não pode ser armazenada ou usada pela rede pode ser canalizada para produzir hidrogênio.

É isso que a Missão de Energia do Hidrogênio do governo, a ser lançada em 2021-22, visa. A rede elétrica da Índia é predominantemente baseada em carvão e continuará a sê-lo, negando assim os benefícios colaterais de um impulso de EV em grande escala - já que o carvão terá que ser queimado para gerar a eletricidade que abastecerá esses veículos. Em vários países que optaram por um impulso EV, grande parte da eletricidade é gerada a partir de fontes renováveis ​​- na Noruega, por exemplo, é 99 por cento da energia hidrelétrica. Os especialistas acreditam que os veículos a hidrogênio podem ser especialmente eficazes em caminhões de longa distância e outros setores difíceis de eletrificar, como transporte marítimo e viagens aéreas de longa distância. Usar baterias pesadas nessas aplicações seria contraproducente, especialmente para países como a Índia, onde a rede elétrica é predominantemente movida a carvão.

Como funcionam as células de combustível de hidrogênio

A Coréia do Sul e o Japão, especialmente, estão focados em mover seus mercados automotivos para o hidrogênio e o potencial da célula de combustível. O que é uma célula de combustível?

O hidrogênio é um portador de energia, não uma fonte de energia. O hidrogênio combustível deve ser transformado em eletricidade por um dispositivo chamado pilha de combustível antes de poder ser usado para alimentar um carro ou caminhão. Uma célula de combustível converte energia química em energia elétrica usando agentes oxidantes por meio de uma reação de redução de oxidação. Os veículos baseados em células de combustível mais comumente combinam hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade para alimentar o motor elétrico a bordo. Como os veículos com células de combustível usam eletricidade para funcionar, eles são considerados veículos elétricos.

Dentro de cada célula de combustível individual, o hidrogênio é retirado de um tanque pressurizado a bordo e feito para reagir com um catalisador, geralmente feito de platina. Conforme o hidrogênio passa pelo catalisador, ele é despojado de seus elétrons, que são forçados a se mover ao longo de um circuito externo, produzindo uma corrente elétrica. Essa corrente é usada pelo motor elétrico para alimentar o veículo, sendo o único subproduto o vapor d'água.

Os carros com célula de combustível a hidrogênio têm uma pegada de carbono próxima de zero. O hidrogênio é cerca de duas a três vezes mais eficiente do que queimar gasolina, porque uma reação química elétrica é muito mais eficiente do que a combustão.

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FCEVs e outros EVs

Os veículos elétricos (EVs) são normalmente classificados em quatro categorias amplas:

* Os veículos elétricos híbridos convencionais ou HEVs como o Toyota Camry combinam um sistema de motor de combustão interna convencional com um sistema de propulsão elétrica, resultando em um sistema de transmissão de veículos híbridos que reduz substancialmente o uso de combustível. A bateria integrada em um híbrido convencional é carregada quando o motor IC está alimentando o trem de força.

* Veículos híbridos plug-in ou PHEVs como o Chevrolet Volt também têm um sistema de transmissão híbrido que usa um motor IC e energia elétrica como força motriz, apoiado por baterias recarregáveis ​​que podem ser conectadas a uma fonte de energia.

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* Veículos elétricos movidos a bateria ou BEVs como Nissan Leaf ou Tesla Model S não têm motor IC ou tanque de combustível e funcionam com um sistema de transmissão totalmente elétrico movido por baterias recarregáveis.

* Os veículos elétricos a célula de combustível ou FCEVs, como o Mirai da Toyota, o Clarity da Honda e o Nexo da Hyundai, usam gás hidrogênio para alimentar um motor elétrico a bordo. Os FCEVs combinam hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade, que aciona o motor. Uma vez que são movidos inteiramente por eletricidade, os FCEVs são considerados EVs, mas ao contrário dos BEVs, seu alcance e processos de reabastecimento são comparáveis ​​aos de carros e caminhões convencionais.

A principal diferença entre um BEV e um FCEV de hidrogênio é que o último permite um tempo de reabastecimento de apenas cinco minutos, em comparação com 30-45 minutos de carregamento de um BEV. Além disso, os consumidores obtêm armazenamento de energia cerca de cinco vezes melhor por unidade de volume e peso, o que libera muito espaço para outras coisas, enquanto permite que o passageiro vá mais longe.

O problema da massa crítica

Apesar de sua promessa, a tecnologia do hidrogênio ainda precisa ser ampliada. O CEO da Tesla, Elon Musk, chamou a tecnologia de células de combustível de estupidamente estúpida.

Globalmente, havia menos de 25.000 veículos de célula de combustível de hidrogênio nas estradas no final de 2020; em comparação, o número de carros elétricos foi de 8 milhões.

Uma grande barreira para a adoção de veículos com célula de combustível de hidrogênio tem sido a falta de infraestrutura de estação de combustível - os carros com célula de combustível reabastecem de maneira semelhante aos carros convencionais, mas não podem usar a mesma estação. Existem menos de 500 estações de hidrogênio operacionais no mundo hoje, principalmente na Europa, seguida pelo Japão e Coréia do Sul. Existem alguns na América do Norte.

A segurança é vista como uma preocupação. O hidrogênio é pressurizado e armazenado em um tanque criogênico, de onde passa por uma célula de baixa pressão e passa por uma reação eletroquímica para gerar eletricidade. A Hyundai e a Toyota afirmam que a segurança e a confiabilidade dos tanques de combustível de hidrogênio são semelhantes às dos motores padrão a CNG.

Aumentar a escala da tecnologia e atingir a massa crítica continua sendo o grande desafio. Mais veículos na estrada e mais infraestrutura de apoio podem reduzir os custos. A missão proposta pela Índia é vista como um passo nessa direção.

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