google.com, pub-3521758178363208, DIRECT, f08c47fec0942fa0 HIDROGÊNIO - UMA CONTA QUE NÃO FECHA - AUTOentusiastas Classic (2008-2014)

HIDROGÊNIO - UMA CONTA QUE NÃO FECHA

Cena idílica de comercial. Um Honda FCX Clarity vem calmamente desfilando por uma avenida à beira-mar, e, após 240 milhas (386 km), entra em um posto para reabastecer. Mas, em vez de se abastecer com gasolina, álcool ou diesel, este carro é abastecido com o mais limpo hidrogênio.

É a realização dos sonhos do carro limpo. Um carro que utiliza hidrogênio estocado com oxigênio do ar, recombinados numa moderna célula a combustível, gerando eletricidade para os motores elétricos de tração e deixando sair apenas água pelo escapamento. Enfim, um carro que emite zero de carbono para a liberdade de se locomover sem o peso na consciência ecológica. Simplesmente sublime.

Porém, o haveria algo por trás desta cena? Seria o hidrogênio um combustível tão perfeito? Seria a célula a combustível o milagre para continuarmos a usufruir das facilidades da vida moderna sem interferir com o meio ambiente?

Veremos que entre a imagem e a realidade há uma enorme diferença que a propaganda não explica.

Comecemos pelo hidrogênio.

Quando extraímos petróleo de um poço, não estamos extraindo apenas uma substância escura e pegajosa. Estamos extraindo muita energia impregnada naquele óleo bruto. Por isso o petróleo é uma matriz energética, uma fonte de energia. A mais importante nesta fase da História.

O hidrogênio molecular não existe em estoques concentrados e de alta pureza que possamos explorar diretamente. Ao contrário, ele precisa ser obtido através da eletrólise da água, ou como mais comumente o obtemos atualmente, pela reforma de gás natural (metano).

Mas para o obtermos, precisamos inserir energia no processo. Mais energia do que o hidrogênio será capaz de fornecer depois. A energia que está no hidrogênio combustível foi gerada por uma outra fonte qualquer, havendo perdas na conversão.
Desta forma, o hidrogênio não é uma fonte de energia, mas apenas um meio intermediário de armazená-la antes dela ser consumida.

O hidrogênio é uma substância de alto poder energético por unidade de massa. Ele oferece 120 megajoules de energia por quilograma de gás, contra 43,5 MJ/kg de uma gasolina premium, de 98 octanas RON.

No entanto, o hidrogênio é uma substância de baixíssima densidade. Sob a forma líquida, em temperatura próxima do zero absoluto, para uma mesma quantidade de energia fornecida , o hidrogênio necessita três vezes e meia o volume de gasolina. Na forma de gás à pressão de 700 bars, ele precisa de cinco vezes o volume de gasolina para oferecer a mesma quantidade de energia.

Um carro que tenha um tanque de 60 litros de gasolina precisaria de um tanque de 300 litros para estocar hidrogênio para a mesma quantidade de energia. Esta é a razão pela qual raramente se produz carros com motores de ciclo Otto que queimam hidrogênio. A BMW produz um modelo, o Hydrogen 7 bicombustível gasolina-hidrogênio, lançado no final de 2006, mas que vende bem pouco por ser pouco atraente (260 cv num motor V12 de 6 litros) e por não haver rede convincente de fornecimento de hidrogênio.

O Honda FCX tem em suas especificações a indicação de que seu tanque é abastecido com 4,1 kg a 5.000 lbf/pol² (345 bars), o que equivale em energia a 15 litros de gasolina premium. A conta já começa a não fechar.

As 240 milhas de autonomia do Honda FCX Clarity seriam percorridas por um carro normal com tanque de 60 litros de gasolina, indicando que o Honda FCX é 300% mais eficiente que um carro a gasolina.

Uma demonstração de que algo não está certo nestas contas está no exercício de tecnologia de um avião movido a hidrogênio, levado à cabo pela Airbus, chamado de Cryoplane.
Não só o projeto do avião foi estudado, mas todas as situações criadas em torno dele.


Este avião era movido por hidrogênio líquido, em temperatura próxima ao zero absoluto, da mesma forma que o foguete Saturn V que havia levado o homem à Lua.
O aspecto mais marcante do Cryoplane era uma “corcova” sobre quase toda a fuselagem para a instalação de tanques de hidrogênio combustível. O hidrogênio combustível, para a mesma quantidade de energia, tem 1/4 da densidade do querosene usado atualmente e exige tanques cilíndricos, não podendo ser aproveitado o espaço da estrutura das asas como o querosene. Esta “corcova“ cria novos problemas de projeto, já que afeta o centro de gravidade e aumenta o arrasto aerodinâmico da aeronave. Não teria de ser assim, caso o hidrogênio não fosse tão volumoso.

O tanque do FCX Clarity se demonstra pequeno em volume diante dos do Cryoplane, em comparação ao de um automóvel a gasolina, contra os tanques de um jato movido a querosene.

O hidrogênio oferece ainda toda uma série de dificuldades para seu armazenamento e manipulação. Ele é o gás que possui a molécula de menor tamanho e de maior velocidade em um meio gasoso. Reservatórios totalmente estanques para gases comuns vazam hidrogênio. O pequeno tamanho da molécula e sua alta velocidade fazem com que ele penetre fundo na estrutura cristalina do metal, vazando como se o reservatório fosse um pote de barro. Sistemas de vedação também são sacrificados. Portanto, todo sistema de armazenagem, reabastecimento e manipulação necessitam de materiais e desenhos especiais para conter este gás. Isto implica em custos que dificilmente diminuirão num futuro próximo.

É outra conta que não fecha.

O uso de materiais nobres nos carros elevarão seus preços, dificultando sua adoção como no ramo dos carros populares.

Agora iremos à pior de todas as contas. Segundo o Dr. Ray Ridley, presidente da Ridley Engineering Inc., o ciclo energético do hidrogênio para uso automotivo seria:

- Transformação de energia térmica (petróleo, carrão, nuclear, renovável) em energia elétrica – rendimento de 33%;
- Geração de hidrogênio através da eletricidade – rendimento de 50%;
- Compressão, transporte e armazenamento – rendimento de 90% (?);
- Célula a combustível e agregados – rendimento de 50%;
- Tração elétrica – rendimento de 80%
- Total – 5,9 % de rendimento.

Em comparação, um carro elétrico teria a seguinte cadeia:

- Transformação de energia térmica (petróleo, carvão, nuclear, renovável) em energia elétrica – rendimento de 33%;
- Transmissão elétrica – rendimento de 93%;
- Bateria – rendimento de 85 %;
- Tração elétrica – rendimento de 80%
- Total – 21 % de rendimento.

Por estes números é possível ver que a cadeia energética de um carro elétrico é pelo menos três vezes e meia mais eficiente que a do carro com célula a combustível.

Para aqueles que não param de fazer as contas em carbono, o carro com célula a combustível se revela mais emissor de CO2 do que um carro a gasolina convencional, apesar de não sair um miligrama deste gás pelo cano de descarga.

Definitivamente, as contas com os carros a hidrogênio não fecham.

Se essas contas não fecham, então por que tanta movimentação em torno do carro com célula a combustível?

A história do carro movido a célula a combustível iniciou com a Electrovan, um protótipo da GM de 1966. Havia a promessa de que esta tecnologia chegaria aos carros em não mais que 20 anos.
A Mercedes criou alguns protótipos da série Necar durante a década de 90 e início deste século. Em 2002 o Necar 5 percorreu mais de 3.000 milhas (4.800 km), cruzando os Estados Unidos como demonstrador da nova tecnologia, anunciada como viável “em muito pouco tempo”.
Em 2008, o Honda FCX Clarity é lançado como uma série limitada de 200 carros, a serem oferecidos em leasing (sem direito de opção de compra no final do contrato, situação muito similar ao do EV1) para consumidores escolhidos a dedo.

A atriz Jamie Lee Curtis foi a segunda pessoa a receber seu FCX Clarity.
Em eventos anteriores, o então presidente Bush e o governador da Califórnia Arnold Schwarzenegger inauguraram postos de reabastecimento de hidrogênio e até simularam reabastecer carros a hidrogênio, prometendo criar uma rede de postos para estes carros.

Inequívocos atos de publicidade sem fundamento real para concretizar o uso da tecnologia.

Cada vez que anunciam algum avanço na tecnologia da célula a combustível ou é lançado algum novo protótipo de carro movido a hidrogênio, os fabricantes anunciam que ela estará disponível para breve ou para mais alguns anos.

A rolagem contínua do tempo previsto para que esta tecnologia esteja disponível nos lembra a figura do burro sendo enganado por uma varinha e uma cenoura.

Talvez o carro a hidrogênio seja apenas um disfarce, demonstrando que a indústria automobilística não está parada na busca de uma solução definitiva para um carro que não queime combustíveis como os atuais, um teatro ensaiado para chamar nossa atenção enquanto uma altternativa realmente viável não esteja ao alcance.

A tecnologia da célula a combustível certamente é importante em aplicações estáticas, como fonte de energia de emergência para prédios e hospitais, em naves e satélites espaciais, porém seus números não se mostram adequados para aplicações de mobilidade terrestre.

Acho que até dá para dizer que, para os automóveis, o hidrogênio é o combustível do amanhã, lembrando que o amanhã é um dia que nunca chega.

AAD

11 comentários :

  1. Quanto menos eficiente a energia alternativa pesquisada ou experimentada ,maior a chance de ela se tornar um fracasso

    e tudo continuar como está. Acho que é mais ou menos por aí.

    O único substituto viável do veículo a combustão interna puro parece ser o híbrido diesel elétrico com elétrica advinda de energia termonuclear.

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  2. Paulo Keller12/04/2009 13:46

    Pô André! Você não imagina o quão ansioso eu estava para andar num carro a hidrogênio. Que pena que não vai dar...

    Belo post. Um abraço.

    PK

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  3. Alexei, existe um ramo da História que a conta do ponto de vista da tecnologia.

    O homem teve um desenvolvimento em todos os sentidos (social, econômico, político, etc.) relativamente lento enquanto ele dependia das energias obtidas da natureza próxima (lenha, ventos, etc.).
    Somente após o uso mais intenso do carvão, da metalurgia do ferro em larga escala e posteriormente com a exploração do petróleo é que demos um salto em todos os sentidos.
    Até o salto demográfico acompanhou esse uso mais intenso das energias fósseis.

    Isso foi bom, mas, como nada é perfeito, temos várias complicações ao lançar na natureza grandes quantidades de energia e resíduos que a própria natureza havia rejeitado em seu meio ecológico.

    Hoje fala-se muito em energias renováveis, mas esquecemos uma fonte carregada de energia, muito próxima a nós, e que, lançada no ambiente causa graves problemas. É o nosso lixo.
    Muito das nossas necessidades atuais de energia poderiam ser satisfeitas reaproveitando a energia contida em nosso lixo, e criando rejeitos mais aceitáveis para o ambiente.
    Seria um passo no caminho para nos livrarmos da dependência única dos combustíveis fósseis.

    PK, vc sabe muito bem que sou um amante da opção elétrica. Muitas pessoas que defendem alternativas "verdes" podem não gostar desse meu artigo, mas a verdade tem de ser dita. Qualquer engenheiro sabe que a física e a química são o alicerce para qualquer realização técnica, e não adinata lutar contra isso. E elas não estão de acordo com o que vem sendo dito dos carros a hodrogênio.

    Desculpe estragar seus sonhos.

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  4. André,

    Você defenderia então geração de eletricidade a partir da queima de gás Metano proveniente de lixo e posterior aproveitamento dessa eletricidade nos veículos?

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  5. André

    Acredito que só o bom e bem adaptado sobrevive. O carro comum como temos hoje é uma das coisas mais bem desenvolvidas pela humanidade. É um algoritmo muito bem acertado e resolvido e não vai ser com nenhum decreto ou modismo que vamos arrumar outro melhor. Toda essa onda, essa histeria carbonica vai nos levar a lugar algum e até que se invente jeito melhor de locomover, o carro como o conhecemos, queimando combustivel em motor de combustão interna reinará absoluto. Felizmente. E toda essa boataria e todos esses hypes irão apenas ao lugar que a história reserva aos derrotados e falsos: esquecimento.
    Obrigado pelo post.

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  6. Alexei, não existe energia nobre ou energia desclassificada. Energia é energia. Qualquer que seja o lugar onde ela seja usada.

    Aproveitar a energia do lixo é ao mesmo tempo aproveitar algo de bom que hoje não aproveitamos e que só serve pra estragar mais um pouco o ambiente.

    Há muitas outras fontes de energias que ignoramos e que poderíamos usar.

    Também poderíamos partir para utensílios que aproveitem melhor a energia.
    As primeiras calculadoras eram verdadeiras devoradoras de pilhas. Hoje a maioria delas funciona com a luz ambiente, e ninguém nem nota a diferença.

    A questão dos carros elétricos entra por aí, sim. Como não?

    Gosto do carro elétrico por uma série de razões, boa parte delas de cunho prático e técnico. Mas tenho uma visão mais pragmática dele, e não uma visão maravilhosa que pintam pra ele.
    Ele tem sua utilidade ao lado do carro a combustão interna.

    Nós só conhecemos carros com combustão interna, e o carro elétrico é um ente estranho para a vida que estamos acostumados.

    Você pode reparar que um mecânico tem uma profusão de ferramentas que apertam a mesma porca. Numa cozinha há uma variedade enorme de facas. E assim por diante. Cada versão diferente do mesmo utensílio tem vantagens e desvantagens que o tornam mais adequado para certas aplicações e menos recomendado para outras.

    Com o surgimento do carro de tração elétrica, mais cedo ou mais tarde, as vantagens e desvantagens dele o indicará para aplicações que hoje só fazemos com carros a combustão porque não temos alternativa.
    Podemos estranhar no começo, mas logo ele fará parte da paisagem, e nossos filhos provavelmente estranhem porque demoramos tanto a desenvolvê-lo.

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  7. André

    Com hidrogênio ou sem, a Jamie Lee Curtis continua linda...

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  8. Excelente post, muito informativo e explicativo sobre os veículos movidos a hidrogênio. Permita-me agregar algo mais, dado minha experiência com o lindo, maravilhoso e salvador hidrogênio.

    O maior problema do hidrogênio é a sua incrível inflamabilidade. Dos gases inflamáveis, só perde em periculosidade para o acetileno, este último um gás muito instável.

    Trabalho a mais de 10 anos com equipamentos que usam chama a base de hidrogênio e oxigênio, onde aprendi que todo cuidado é pouco para evitar acidentes de grandes proporções. Mesmo em linhas de gases estacionárias, com pressão de trabalho da ordem de 7 bar e de armazenamento de 200 bar, é comum apresentarem pequenos vazamentos com o tempo, justamente porque a molécula de hidrogênio é muito pequena, como citado no post. Para manter o ambiente seguro, existem diversos sensores para detecção de vazamento de hidrogênio, localizados nos pontos mais altos da sala (para quem não conhece, o hidrogênio gasoso é muito leve e sobe rapidamente), que disparam um alarme sonoro quando a concentração de hidrogênio no ar atinge 20% do limite inferior de explosividade (cerca de ínfimos 0,8% de hidrogênio no ar, em termos absolutos!). Esse valor é o máximo admissível tido como seguro internacionalmente, a fim de evitar risco de explosão, pois em cerca de 4% de concentração, basta uma faísca no interruptor ao acender de uma lâmpada para mandar tudo pelos ares, literalmente...

    Imagine o que deve acontecer num automóvel, sujeito a variações bruscas de temperatura e pressão durante sua vida, com pressão de armazenamento de 700 bar e temperatura muito, mas muito abaixo de zero (estamos falando de algo em torno de -200°C, que faz um inverno russo parecer verão escaldante...). Para manter o hidrogênio líquido é preciso usar um tanque criogênico. Grosso modo, são dois tanques, um menor dentro de outro maior, com vácuo no espaço entre ambos para reduzir o aquecimento do tanque interno, onde está o hidrogênio líquido. Quem já viu um tanque para GNV, que trabalha com 220 bar de pressão de armazenamento, a temperatura ambiente, sabe o tamanho da encrenca. Pois é, mas como para hidrogênio é preciso 700 bar a -200°C, a encrenca é ainda maior! Sem contar que o aço deve ser especial, pois aços comuns permitem vazamento.

    Outro poblema dos tanques criogênicos: a temperatura e pressão sobem com o tempo, se não houver uso, pois por mais vácuo que exista, o tanque vai se aquecendo ao longo do tempo. Ou seja, precisa-se de uma válvula de alívio, pois senão o tanque literalmente explode. E o alívio jogará hidrogênio puro na atmosfera, basta uma pequena faísca ou fonte quente para gerar fogo, cuja chama é praticamente invisível à lux do dia. Esse alívio atuará também caso o carro se envolva num acidente com incêndio, aí já dá para imaginar a maravilha que será para nossos bravos bombeiros combaterem a "obscenidade" (a encrenca já ficou bem para trás!) E, mesmo com alívio, se a temperatura subir muito, temos a famosa explosão comentada pouco acima. Nas indústrias, existe um sistema de spray para refrigerar os tanques em caso de incêndio.

    Para não alongar ainda mais este comentário, hidrogênio como fonte de energia para automóveis é bonito no papel. Na prática, os riscos são estupidamente elevados para a tecnologia atual. Esta é minha humilde opinião.

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  9. Gastão Ferreira14/04/2009 22:38

    O carro pode ser um meio de transporte, mas antes de tudo É um objeto de desejo, uma necessidade pessoal, tem que dispertar a libido, mexer com nossa emoção! Na hora de virar a chave, tem que se sentir um frio na espinha.
    Claro que me refiro a um universo onde habitam no mínimo 5 cilindros ( de preferência mais de 7)dentro do capo, hidrocarboneto no tanque e saindo pelos escapes um ronco bonito, música para os ouvidos.
    O que seria da vida sem a música?
    Querem emudecer, descaracterizar nossos carros com ¨veículos de transporte pessoal¨ elétricos, híbridos, etc..
    Não dá para racionalizar algo que nasceu irracional, as vezes antisocial...
    Para simplesmente levar de um ponto ao outro existem o transporte coletivo, o ônibus, o metrô. Para eles é que se deve destinar a tarefa de torná-los cada vez mais eficientes e racionais.

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  10. Já comentei em um post do Bob Sharp ou do Felipe exatamente isso.
    De nada adianta um carro movido a hidrogênio, se a fonte de energia para a eletrólise for uma fonte suja (nuclear, carvão mineral...).

    Talvez um carro movido a vapor, tenha até um rendimento maior que a hidrogenio (sic), já que a fonte de calor pode até ser a dos freios.

    Abraços,

    Cassiano

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  11. Alexei!

    Seu comentário foi perfeito mas, infelizmente, jamais teremos o tipo de carro que você mencionou pois, a democradura verde ecochata jamais permitiria um automóvel provido de energia termo-nuclear e alem disso, um automóvel desses seria um marco para o uso em atentados terroristas pois, esses veículos, seriam verdadeiras bombas sujas.

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