Hydrogênio: o combustível limpo do futuro — se conseguirmos encontrar uma maneira barata e limpa de transportá-lo

O combustível do futuro

Muitos especialistas referem-se ao hidrogênio como "o combustível do futuro". Espera-se que ajude a descarbonizar a economia global de duas maneiras principais: queimá-lo ou alimentá-lo em uma célula de combustível produz energia armazenável sem emissões de carbono, somente água. Além disso, ele pode ser utilizado em lugar de combustíveis fósseis ou como uma matéria-prima química em processos industriais difíceis de descarbonizar, como a produção de aço e cimento.

Desafios a serem superados

Para que o hidrogênio realize seu potencial, dois desafios devem ser superados. Pesquisadores em todo o mundo estão trabalhando para endereçar o primeiro: encontrar um método de produção de hidrogênio puro que seja barato e com baixa emissão de carbono.

Igualmente crítico é encontrar um meio eficiente de transporte e armazenamento do hidrogênio. Uma equipe liderada por pesquisadores da Iniciativa de Energia do MIT (MITEI) tem se concentrado nesse desafio, que muitas vezes é menos discutido. O local onde o hidrogênio puro será produzido provavelmente estará longe de onde será utilizado, tornando seu transporte crucial — e difícil.

O problema decorre de duas características do hidrogênio: é o gás mais leve que existe e possui baixa densidade de energia por volume. Portanto, a entrega de uma determinada quantidade de energia requer um grande volume de hidrogênio e um contêiner tão hermeticamente fechado que as moléculas de hidrogênio não possam escapar. Em comparação, mover um combustível líquido como a gasolina é muito mais fácil. Sem um bom meio de armazenar e transportar hidrogênio, ele não poderá cumprir sua promessa como o combustível limpo do mundo no futuro.

A busca por soluções de transporte

No ano de 2024, com financiamento da ExxonMobil Technology and Engineering Co., a equipe de pesquisadores do MITEI começou a examinar várias abordagens para o transporte de hidrogênio. Os pesquisadores concluíram que não existe uma única resposta; os custos e as emissões de carbono de um determinado método de transporte variarão de um local para outro. Portanto, em vez de apresentar uma tabela mostrando o “melhor” resultado, a equipe criou uma ferramenta que permite aos usuários entender as várias opções e escolher a melhor para seu caso específico.

Os pesquisadores apresentam seu estudo e a ferramenta desenvolvida em um novo artigo publicado na revista Fuel.

HyCAT: A ferramenta de Análise de Transportes de Hidrogênio

A equipe começou sua pesquisa sob a suposição de que, para que o hidrogênio se torne um combustível viável para o mundo, precisaria ser transportado por longas distâncias — mais especificamente, através de oceanos, continentes ou grandes corpos d'água. Dado as propriedades do gás hidrogênio, o melhor seria convertê-lo em uma forma líquida antes do envio.

Existem maneiras conhecidas de fazer isso, mas qual seria a melhor para o transporte? Quanto custariam os vários métodos e quanto adicionariam à intensidade de carbono do hidrogênio entregue?

“Não se prestou muita atenção a essas questões”, afirma Gasim Ibrahim, líder do estudo. Enquanto alguns estudos foram realizados, suas conclusões são inconsistentes e muitas incertezas permanecem, tanto porque os custos e as emissões de carbono diferem de lugar para lugar quanto pela falta de dados para informar como funcionará o transporte em grande escala de hidrogênio.

“Decidimos que a melhor coisa a fazer seria desenvolver uma ferramenta adaptativa que permitiria aos usuários realizar suas próprias avaliações — uma ferramenta que poderia ser facilmente atualizada e que tornar-se-ia open source (código aberto), para que qualquer um pudesse ver e atualizar os números que utilizamos na formulação e testes”, explica Ibrahim.

Finalizando a análise do transporte de hidrogênio

A ferramenta chamada Hydrogen Carrier Analysis Tool, ou HyCAT, não considera como o hidrogênio inicial é produzido ou como o hidrogênio é utilizado após a entrega. O foco do HyCAT é determinar os custos e as emissões de carbono incorridas durante o transporte e entrega do hidrogênio.

A análise, segundo Ibrahim, envolve cinco etapas na “cadeia de suprimentos”, sendo a principal decisão como converter o hidrogênio gasoso em um líquido e depois como recuperar o gás hidrogênio no final. Uma abordagem é simplesmente mudar o hidrogênio gasoso para um líquido facilmente transportável. Entretanto, liquefazer o hidrogênio gasoso requer torná-lo extremamente frio, e isso consome aproximadamente um terço do conteúdo energético do hidrogênio.

O problema adicional é que, enquanto o hidrogênio líquido está sendo armazenado e transportado, ele pode re-gasificar e escapar, a menos que o recipiente seja devidamente isolado.

No entanto, existem outras opções para o uso de um “transportador” de hidrogênio, onde certos compostos químicos líquidos absorvem átomos de hidrogênio sob certas condições e os liberam sob outras condições.

Com suas execuções de demonstração, os pesquisadores examinaram transportadores de hidrogênio envolvendo três compostos potenciais, cada um com suas vantagens e desvantagens.

Conclusão

À medida que avançamos na implementação do hidrogênio como uma fonte de energia, é crucial que os pesquisadores continuem a desenvolver soluções viáveis para o transporte e armazenamento do hidrogênio, garantindo que ele possa cumprir sua promessa como uma alternativa limpa e sustentável para a energia do futuro.