A NASA lançou todas as suas missões de ônibus espaciais usando hidrogênio como combustível. Crédito:NASA, CC BY
O hidrogênio é o primeiro elemento da tabela periódica. Em sua forma pura, o hidrogênio é uma luz, gás incolor, mas forma um líquido em temperaturas muito baixas.
Você já assistiu ao lançamento de um ônibus espacial? O combustível usado para empurrar essas estruturas enormes para longe da atração gravitacional da Terra é o hidrogênio.
O hidrogênio também tem potencial como fonte de energia para nossas atividades diárias - dirigir, aquecendo nossas casas, e talvez mais.
Este mês, o governo de coalizão federal abriu uma consulta pública sobre uma estratégia nacional para o hidrogênio. Os trabalhistas também se comprometeram a separar fundos para desenvolver hidrogênio limpo. A reunião de Ministros de Energia do COAG em dezembro de 2018 indicou forte apoio para uma economia de hidrogênio.
Mas a Austrália está pronta para explorar esta competição, alternativa energética de baixo carbono para residências, comercial, setores industriais e de transporte?
Existem dois aspectos principais para avaliar nossa prontidão para uma economia de hidrogênio - avanço tecnológico (podemos realmente fazer isso?) E aceitação social (vamos usá-lo?).
A tecnologia está madura o suficiente?
O ciclo de economia de hidrogênio consiste em três etapas principais:
Produção de hidrogênio
Para que o hidrogênio se torne um importante combustível futuro, a eletrólise da água é provavelmente o melhor método de produção. Nesse processo, a eletricidade é usada para dividir as moléculas de água em hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂).
Essa tecnologia se torna comercialmente viável quando a eletricidade é produzida a custos relativamente baixos por fontes renováveis como a solar e eólica. Os custos podem cair ainda mais em um futuro próximo, à medida que a tecnologia de produção se tornar mais eficiente.
Armazenamento e distribuição de hidrogênio
Armazenamento e entrega eficazes são vitais para o manuseio seguro e eficiente de grandes quantidades de hidrogênio.
Porque é muito leve, hidrogênio foi convencionalmente comprimido a alta pressão, ou liquefeito e armazenado a uma temperatura extremamente baixa de -253 ℃. Seguir essas etapas requer um investimento extra de energia, assim, a eficiência cai em até 40%. Mas o armazenamento e a distribuição atuais de hidrogênio ainda dependem dessas duas tecnologias - compressão e liquefação - pois são comprovadas e suportadas por uma infraestrutura e experiência bem estabelecidas.
Outra opção sendo explorada (mas precisando de mais desenvolvimento) é combinar hidrogênio com outros elementos, e solte-o quando necessário.
Atualmente, a maioria dos carros com célula de combustível a hidrogênio usa tanques reforçados com fibra de carbono para armazenar gás hidrogênio altamente comprimido. O custo dos tanques precisará ser menor para tornar esta opção mais econômica (atualmente mais de alguns milhares de dólares americanos por unidade).
Usando hidrogênio como combustível
Existem duas maneiras principais de converter a energia química do hidrogênio em energia utilizável (energia elétrica ou energia térmica). Ambas as abordagens produzem água como subproduto.
Uma maneira primitiva e direta de usar o hidrogênio é queimá-lo para gerar calor - assim como você usa o gás natural para cozinhar e aquecer sua casa.
Um teste planejado para a Austrália do Sul visa gerar hidrogênio usando eletricidade renovável, e, em seguida, injete-o na rede local de distribuição de gás. Esta forma de "mistura" de gases pode evitar o custo de construção de infraestrutura de entrega cara, mas incorrerá em despesas associadas a modificações nos dutos existentes. Estudos extensivos e testes desta atividade são necessários.
Quando usado em células de combustível de hidrogênio, a energia é produzida quando o hidrogênio reage com o oxigênio. Esta é a tecnologia usada pela NASA e outros operadores em missões espaciais, e por fabricantes de automóveis em carros de célula de combustível de hidrogênio. É o método mais avançado para o uso de hidrogênio no momento.
Funciona, mas vamos aceitar isso?
Considerações de segurança
Como combustível, o hidrogênio tem algumas propriedades que o tornam mais seguro de usar do que os combustíveis mais comumente usados hoje, como diesel e gasolina.
O hidrogênio não é tóxico. Também é muito mais leve que o ar, permitindo uma rápida dispersão em caso de vazamento. Isso contrasta com o acúmulo de gases inflamáveis no caso de vazamentos de diesel e gasolina, que podem causar explosões.
Contudo, hidrogênio queima facilmente no ar, e inflama mais prontamente do que gasolina ou gás natural. É por isso que os carros a hidrogênio têm tanques de fibra de carbono tão robustos - para evitar vazamentos.
Onde o hidrogênio é usado em ambientes comerciais como combustível, regulamentos rígidos e medidas eficazes foram estabelecidas para prevenir e detectar vazamentos, e para liberar o hidrogênio. As aplicações domésticas de combustível de hidrogênio também precisariam resolver esse problema.
Impacto no meio ambiente
Do ponto de vista ambiental, o ciclo ideal em uma economia de hidrogênio envolve:
Se a eletricidade para eletrólise for gerada a partir de fontes renováveis, toda esta cadeia de valor tem impacto ambiental mínimo e é sustentável.
Aproximando-se de uma economia de hidrogênio
Cheap electricity from renewable energy resources is the key in making large-scale hydrogen production via electrolysis a reality in Australia. Internationally it's already clear – for example, in Germany and Texas – that renewable hydrogen is cost competitive in niche applications, although not yet for industrial-scale supply.
Techniques for storage and delivery need to be improved in terms of cost and efficiency, and manufacturing of hydrogen fuel cells requires advancement.
Hydrogen is a desirable source of energy, since it can be produced in large quantities and stored for a long time without loss of capacity. Because it's so light, it's an economical way to transport energy produced by renewables over large distances (including across oceans).
Underpinned by advanced technologies, with strong support by governments, and commitment from many multinational energy and automobile companies, hydrogen fuel links renewable energy with end-users in a clean and sustainable way.
Let's see if hydrogen takes off.
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original. 
