Veículos Elétricos E A Hidrogénio Verde, Quais As Eficácias?

By Pedro Fidalgo / Ambiente January 24, 2023

Ambos os veículos, elétricos e a hidrogénio verde, são elétricos tendo em conta a sua motorização. A diferença é como a energia elétrica chega ao motor e também como os processos de produção de hidrogénio verde e das baterias afetam os custos e a eficiência destes carros elétricos.

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Índice

• Veículos elétricos e a hidrogénio verde, as diferenças
• A eficiência dos processos
• Novas tecnologias

Veículos elétricos e a hidrogénio verde, as diferenças

No veículo elétrico a bateria (VEB) o motor é alimentado pela carga elétrica que está armazenada numa bateria de grande dimensão e normalmente de lítio, tem de ser recarregada utilizando a rede elétrica. Existem já muitos postos de carregamento em Portugal, nos locais habituais do abastecimento de combustível, na via pública e em parques de estacionamento, o que acelera a venda de carros elétricos, que já atingiu os 40% em Portugal.

Veículo elétrico a bateria VEB; Fonte: AFDC, Alternative Fuels Data Center

Um carro elétrico com célula a combustível de hidrogénio (VECCH) produz a sua própria eletricidade a partir de reação química, que ocorre na célula alimentada a hidrogénio (H2).

Assim, os veículos a hidrogénio verde que estão em desenvolvimento são de facto elétricos, pois o motor que o faz mover é elétrico.

As células de combustível ou “Fuel Cell” têm hidrogénio que, ao reagir com o oxigénio do ar, resulta em eletrões (fluxo elétrico) alimentam o motor elétrico e a bateria de alta voltagem da viatura.

Estas baterias são mais pequenas do que as dos carros elétricos e são utilizadas na fase de arranque do veículo, bem como nos momentos em que se atingem picos de potência (Fonte: Hyundai). Consomem cerca de 1 kg de hidrogénio por cada 100 km (Fonte: EDP) e a velocidade a que se consegue abastecer um depósito de hidrogénio (cerca de 5 a 6 Kg) é similar à que leva a abastecer um veículo com motor de combustão. A autonomia desse depósito de hidrogénio é, por isso, superior à das baterias elétricas.

O grande problema é que o reabastecimento público de hidrogénio é praticamente inexistente.

O hidrogénio já é utilizado há várias décadas no setor industrial, embora seja produzido a partir de combustíveis fósseis e, por isso, ser designado hidrogénio cinzento. Quando é produzido a partir de gás natural, em que o CO2 resultante do processo é retido e armazenado, chama-se hidrogénio azul.

São exemplos da aplicação do hidrogénio na indústria química a produção de amónia, essencial para o fabrico de fertilizantes e o fabrico de aço em siderurgias, uma das maiores fontes de poluição no Mundo.

Veículo elétrico com célula a combustível de hidrogénio VECCH; Fonte: AFDC, Alternative Fuels Data Center

A maior parte dos fabricantes apostam no desenvolvimento dos veículos elétricos – VEB, mas há duas marcas que se destacam nos VECCH , a Toyota (com o Mirai) e a Hyundai (com o Hyundai Nexo SUV).

Outro caminho para a descarbonização dos veículos é o da substituição dos combustíveis fosseis, gasóleo e gasolina, por combustíveis sintéticos. Contudo, ainda não é possível uma produção económica destes combustíveis.

O investimento, quer em novas tecnologias quer no refinamento das tecnologias existentes, fará com que o custo vá descendo e as torne mais atrativas.

A produção de hidrogénio verde diferencia-se dos outros por utilizar energias renováveis, como a solar, eólica ou hídrica e a água como fonte de combustível. A investigação para a utilização da água do mar está em curso já que a água é, em muitas zonas, um recurso escasso.

Além disso, os incentivos financeiros e fiscais que os governos entendam avançar poderá ajudar a encontrar soluções mais sustentáveis e económicas.

Processo de produção de hidrogénio verde; Fonte: Earth Justice

O hidrogénio verde, além das vantagens de sustentabilidade e independência energética, pode ser transportado a longas distâncias, ser armazenado e ser em parte uma alternativa ao gás natural.

O custo de carregamento das células de hidrogénio é muito elevado comparado com o de carregamento das baterias. Em grande parte esta diferença está relacionada com os custos envolvidos no transporte.

A eficiência dos processos

Os níveis de eficiência das duas tecnologias são, ainda, muito diferentes. Mesmo considerando o hidrogénio verde, o único que garante a neutralidade carbónica por ser produzido com energias renováveis, tem atualmente um custo de produção de cerca de 4,20€/kg (Fonte: Ricardo Neves, Jornal ECO).

Em alguns estudos, nomeadamente Automotive Industry 2035 – Forecasts for the Future, o hidrogénio é considerado como uma boa alternativa energética, em particular para o transporte coletivo e de longa distância, rodoviário, ferroviário, marítimo e aéreo. Serão críticos os custos de produção e armazenagem, bem como a disponibilidade da rede de distribuição.

Os veículos a hidrogénio apresentam vantagens em relação aos elétricos no que respeita ao peso das viaturas, por não terem baterias de grande dimensão e não perderem a autonomia em climas mais frios.

O Hydrogen Council estima que a procura de hidrogénio aumente 14 vezes até 2050.

O transporte marítimo de Gás Natural Liquefeito (GNL) enfrenta atualmente vários desafios para o transporte de hidrogénio líquido a granel (LH2). Desde logo, o baixíssimo ponto de ebulição do hidrogénio (-252ºC) introduz complexidade na segurança do transporte. Um dos problemas de segurança é o chamado “boil-off”, ou seja, a libertação de hidrogénio dos depósitos com o consequente aumento de temperatura. Essas perdas no transporte de hidrogénio são muito superiores ao GNL. Além das necessidades energéticas para liquefazer o hidrogénio serem, também, muito superiores à energia necessária para liquefazer o gás natural.

Também, o hidrogénio tem uma densidade de energia muito menor que a do GNL, cerca de 40% menos. Isto obrigará a ter mais 2,5 navios de LH2 para transportar a energia equivalente transportada num navio de GNL.

Uma das últimas descobertas vem da Austrália, da Universidade Deakin, onde se conseguiu que o hidrogénio ficasse retido num pó, de nitreto de boro. A ser viável este processo a uma escala industrial, o mesmo permitirá armazenar e transportar o hidrogénio de forma mais fácil, à temperatura e pressão ambiente. Mais tarde, para o utilizar, basta aquecer o pó a 200ºC para o hidrogénio se libertar.

Ainda, onde for possível, o transporte através de condutas será mais económico.

A grande desvantagem atual da tecnologia do hidrogénio verde é a sua baixa eficiência, bem como os elevados custos.

Eficiência dos processos produção de hidrogénio verde e energia elétrica; Fonte Volkswagen

Assim, com os veículos elétricos a bateria, só 8% da energia é perdida durante a logística de transporte até aos locais de carregamento das baterias. Quando a energia elétrica é convertida para o motor perdem-se mais 18% de energia. Por isso, a eficiência deste tipo de veículo é de cerca de 70 a 80%, muito superior à eficiência dos motores de combustão, de cerca de 30% (Fonte: Volkswagen).

Ao invés, os desperdícios no processo de produção e logístico do hidrogénio verde são muito elevados, pois na produção deste, a partir da eletrólise da água, 45% da energia é perdida.

Dentro do veículo são perdidos mais 55% quando se dá a transformação do hidrogénio em energia. Isto significa que a eficiência global dos veículos a hidrogénio (VECCH) é da ordem de 25% a 35% (Fonte: Volkswagen).

Novas tecnologias

A Volkswagen, em parceria com a Kraftwerk, desenvolveu uma nova tecnologia que permite à célula de hidrogénio verde ter uma autonomia de 2.000 Km.

Como referimos a célula de combustível converte o hidrogénio em eletricidade, utilizando um cátodo e um ânodo.

O hidrogénio (H2) é encaminhado pelo ânodo e passa por uma membrana eletrolítica, que o divide num protão e num eletrão. O eletrólito leva-os por caminhos diferentes, o eletrão vai por um circuito criar o fluxo elétrico (eletrões) que fazem o motor trabalhar e os protões passam pelo cátodo, onde se unem ao oxigénio para produzir água e libertar calor.

Funcionamento carro elétrico a hidrogénio verde; Fonte AFDC, Alternative Fuels Data Center

Neste processo a inovação da Volkswagen e Kraftwerk, traduz-se na utilização de uma membrana eletrolítica de cerâmica, em vez do plástico que é o material que tem sido utilizado, tornando este processo mais económico.

Os carros elétricos tanto poderão ser movidos por baterias quer por hidrogénio. O futuro o dirá!