Produção de hidrogênio por reforma de etanol

Quando estiverem em condições de uso as tecnologias e engineering para o conjunto de sistemas envolvidos na produção, armazenamento, distribuição e usos finais do hidrogênio este vetor energético poderá ir aos poucos substituindo combustíveis derivados do petróleo tais como diesel, gasolina e gás natural, que atualmente movimentam praticamente toda a frota de veículos automotores. Para isso, os motores de combustão interna, cuja eficiência termodnâmica fica, na melhor hipótese, em torno de 30%, serão substituídos por células a combustível alimentadas a hidrogênio, cuja eficiência pode chegar a 60%.

Como foi dito no capítulo 1, os combustíveis fósseis têm limitações que vão se tornando cada vez mais evidentes, não apenas por serem esgotáveis, mas, principalmente, porque são os principais responsáveis pelo aumento da taxa de dióxido de carbono (CO2) na

atmosfera.

Entre as vantagens do hidrogênio, a mais citada é que sua combustão não gera CO2, no

entantoessa vantagem deve ser considerada com cautela pois, tomando-se o ciclo completo, da produção à combustão, ela só prevalece se o hidrogênio não for produzido como o é atualmente em sua quase totalidade, ou seja, por reforma de combustíveis fósseis, como o gás natural, o carvão mineral e alguns derivados do petróleo.

Outra vantagem freqüentemente lembrada seria o alto poder calorífico do hidrogênio (120 MJ/kg, ou cerca de 28.700 kcal/kg), em comparação com a gasolina automotiva (45 MJ/kg, ou 10.800 kcal/kg). Entretanto sua densidade energética é baixa em termos volumétricos: 1 litro de gasolina equivale a 4,6 litros de hidrogênio comprimido a 700 bar.

Na definição de uma política para o hidrogênio, é natural que se subdivida a questão em quatro linhas, a saber:

• Produção de hidrogênio em larga escala. Análise comparativa entre as linhas de produção de hidrogênio a partir hidrocarbonetos e de biomassas, relativamente aos impactos sociais (criação de empregos em zona rural, etc.) e ambientais (redução das emissões de CO2);

• Infra-estrutura de transporte, distribuição e armazenamento (este é um ponto crítico); • Usos finais do hidrogênio, seja como vetor energético associado à eletricidade, seja em aplicações diretas, o que implica atividades de pesquisa e desenvolvimento de sistemas e equipamentos apropriados, sem esquecer a necessidade de se promoverem, desde já, estudos

voltados para a implantação, na época oportuna, de um sistema de normas, códigos e padrões específicos para o Brasil;

• Aspectos sócio-culturais de uma futura economia do hidrogênio: divulgação, ensino técnico de temas correlatos, legislação, etc.

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Independentemente de considerações de caráter ambiental, deve-se reconhecer que a produção de hidrogênio a partir de combustíveis fósseis é simples e eficiente.

Por isso, nos países industrializados, somam-se os interesses – e os lobbies – das indústrias automobilística, do gás e do carvão, para pressionar os respectivos governos a criar a infra-estrutura básica para a implantação de sistemas (ou redes) nacionais de distribuição de hidrogênio para automóveis, o que requer o desenvolvimento, em curto prazo, de um completo sistema de códigos, normas e padrões, inclusive para a implantação e operação de postos de distribuição de hidrogênio.

Para o Brasil, não há interesse na adoção dessas prioridades.

Diante de vantagens relativas regionais, como o potencial hidroelétrico, o clima favorável (horas de insolação, no caso) e a extensão de terras apropriadas para o plantio de culturas adequadas, fica evidente que, no Brasil, a transição da frota a combustíveis fósseis, para uma a hidrogência pode, passar por uma etapa intermediária, que seria a substituição dos derivados de petróleo pelo etanol, pois, para isso, já se desenvolveram tecnologias e acumulou-se uma considerável experiência com o Proálcool, programa já consolidade e bem sucedido.

Paralelamente a isso, realizar-se-iam, nas instituições que já se tenham iniciado na linha dos sistemas automotivos a hidrogênio, pesquisas voltadas para o desenvolvimento industrial desses sistemas. Especial atenção seria dispensada aos veículos de transporte coletivo (ônibus). Outra aplicação de grande importância seria a do uso do hidrogênio em instalações de geração distribuída de energia elétrica.

Atualmente quase todo o hidrogênio usado no mundo é produzido a partir de hidrocarbonetos. Aí se inclui a rota do gás natural (metano), que é a mais eficiente, por ser o metano o composto de maior conteúdo mássico de hidrogênio. De fato, tomando-se os pesos atômicos do carbono (12) e do hidrogênio (1), vê-se que o metano (CH4) contem hidrogênio

na proporção de 4 para 16, isto é, 25%.

A simplicidade e eficiência da rota de produção de hidrogênio a partir do metano tornará difícil viabilizar economicamente outros processos, em curto prazo.

Esquematicamente, esta rota consiste na reforma do metano para a produção de gás de síntese, o qual, reagindo em seguida com mais vapor de água, num conversor aquecido a cerca de 500°C, converte em dióxido o monóxido de carbono formado, liberando mais hidrogênio, assim:

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

Passando-se essa mistura por uma torre de absorção, retira-se parte do CO e do CO2 e,

naturalmente, dos resíduos do próprio metano e do nitrogênio (N2) do ar, daí resultando uma

mistura com a seguinte composição, aproximadamente: 69% de H2; 24% de N2; 4,6% de CO;

1,7% de CO2 e 0,7% de CH4. A obtenção de hidrogênio puro a partir dessa mistura ainda é

economicamente inviável, embora venha sendo objeto de importantes investimentos em projetos de P&D, nos países industrializados.

A gaseificação de derivados de petróleo de cadeia mais complexa, ou mesmo de carvão, também produz gás de síntese, mas nesse caso, evidentemente, para se produzir a mesma quantidade de hidrogênio, coloca-se mais CO2 na atmosfera.

Pode-se entrar na mesma rota a partir das biomassas, sem desequilibrar o balanço de CO2 na atmosfera, já que, como foi visto no capítulo 5.2.2, ao se formarem por fotossíntes as

plantas retiram da atmosfera a mesma quantidade de CO2 que é posteriormente reemitida,

quando se recomeça o ciclo, a partir da pirólise da biomassa formada no referido processo.