04 setembro 2015

Será a vez do hidrogênio?

O colunista Carlos Alberto dos Santos discute a matriz energética brasileira e os caminhos para a geração de energia elétrica no século 21. Uma das possibilidades é a expansão do uso do hidrogênio como combustível ou vetor energético.

O uso de energia hidrelétrica, embora seja vantajoso por usar fontes renováveis, sofre com as variações sazonais na quantidade de chuvas e não pode responder sozinho pela matriz energética de um país. (foto: Deni Williams / Flickr / CC BY 2.0)

O Brasil tem uma matriz energética bem equilibrada, com 48% da sua produção oriunda de energias renováveis. Considerando apenas o setor de eletricidade, este número sobe para 83%. Contudo, é bem verdade que o equilíbrio, neste caso, não significa que a situação esteja tranquila. A recente estiagem mostra muito bem que o país deve estar atento para dificuldades sazonais na hidroeletricidade. Por outro lado, é inviável, a longo prazo, pensar exclusivamente em alternativas baseadas em fontes não renováveis, como o gás natural – uma importante fonte de energia na atualidade, mas que, como todo combustível fóssil, um dia se esgotará.

O que fazer, então, para contornar eventuais dificuldades no sistema hidroelétrico e para substituir o gás natural quando suas reservas estiverem no limite da exaustão? Usar energias renováveis é a sugestão que se ouve a todo momento. Fusão nuclear tem sido um sonho há muito tempo alimentado, a despeito dos enormes obstáculos tecnológicos. Energia solar e energia eólica são as bolas da vez. Para completar, por cima de tudo isso, paira o hidrogênio, quer seja como combustível ou como vetor energético – ambas as formas têm sido objeto de intensa pesquisa há mais de três décadas.

A literatura especializada exibe inúmeras propostas para uma simbiose energética, com um tipo de energia sanando dificuldades de outra. Por exemplo, a rede de distribuição das hidroelétricas pode ser compartilhada por energia gerada com biogás, com células solares ou turbinas eólicas, de modo a preservar os reservatórios d’água em tempos de estiagem.

Também há estudos referentes à possibilidade do transporte da energia solar e eólica do centro produtor até o centro consumidor, geralmente afastados centenas ou milhares de quilômetros. Por exemplo, no centro produtor a energia solar ou eólica poderia ser usada para liberar hidrogênio por meio de um processo de eletrólise, e esse hidrogênio poderia ser transportado pela rede de distribuição de gás natural até o consumidor, onde geraria eletricidade por meio de dispositivos do tipo célula a combustível.

Transporte de hidrogênio: como fazer?
Uma questão ainda pendente é como utilizar redes de distribuição como aquelas usadas atualmente para o gás natural no transporte de hidrogênio. (foto: Manu Dias / Agecom GOVBA / CC BY 2.0)

Dito assim, parece simples, mas não é. Muitas questões estão à espera de soluções viáveis técnica e economicamente. Existem, no mínimo, três frentes de batalha para atacar o problema da tecnologia do hidrogênio como fonte ou vetor energético. A primeira é dominar o processo de produção do hidrogênio com energia solar ou eólica, de modo que os dispositivos necessários possam ser fabricados a custos economicamente viável. A segunda é investigar a viabilidade técnica e econômica do transporte do hidrogênio. A terceira, sobre a qual não se tem conhecimento de trabalhos realizados, é o desenvolvimento da tecnologia para o transporte de hidrogênio em redes de distribuição como as que são hoje usadas para a distribuição de gás natural.

 

Pesquisa e possibilidades

Em maior ou menor escala, alguns grupos de pesquisa no Brasil se dedicam a um ou outro dos temas mencionados acima, mas a sensação que se tem é que o esforço é bem menor do que o potencial de uso dessa tecnologia no país. O Brasil perdeu o primeiro bonde da história da energia solar quando ele passou por aqui nos anos 1970.

A literatura científica atual indica a emergência de uma nova fase no aproveitamento da energia solar e eólica em um cenário energético mediado pelo hidrogênio

Naquele momento, a literatura científica internacional apresentava fortes indícios de que investir em células fotovoltaicas teria repercussões tecnológicas no futuro imediato. Além disso, tratava-se de um assunto instigante do ponto de vista científico. Era, portanto, o cenário ideal da associação da pesquisa básica com o avanço tecnológico. Mas nossa comunidade científica decidiu seguir outro rumo em seus estudos de física de semicondutores, e hoje o Brasil importa praticamente toda a tecnologia de transformação de energia solar em eletricidade.

A literatura científica atual indica a emergência de uma nova fase no aproveitamento da energia solar e eólica em um cenário energético mediado pelo hidrogênio. Porém, não se trata de algo a ser colocado no mercado amanhã. A distribuição de energia com recursos de alta tecnologia exige décadas de planejamento estratégico, incluindo aí uma intervenção no sistema de ensino profissional, nos níveis médios e universitários. Projetar, produzir e instalar redes de dispositivos fotovoltaicos requer técnicos e engenheiros com formação específica, raramente dada em nossas escolas técnicas e universidades. Considero importante levantar essas questões, embora o foco desta coluna seja o avanço científico e tecnológico no rumo desse cenário inovador.

Hoje, a maior parte dos trabalhos publicados nessa área refere-se à análise da viabilidade do uso do hidrogênio como vetor energético em associação com a energia solar ou eólica. Essas análises são baseadas em simulações computacionais, geralmente tendo como variáveis população, demanda e produção de energia, produção de hidrogênio, preço da energia, produto interno bruto, poluição do ar e qualidade de vida.

Ônibus movido a hidrogênio
O uso de hidrogênio como combustível já tem algumas aplicações no Brasil, porém, o uso da substância como vetor energético ainda vai demandar estudos. (foto: Divulgação / EMTU/SP)

Em estudos sistemáticos desde o início dos anos 2000, Lutero Carmo de Lima e colaboradores vêm investigando a viabilidade de um programa energético para o estado do Ceará, baseado em hidrogênio eletrolítico obtido com o uso de células fotovoltaicas e geradores eólicos. A ferramenta utilizada para a análise é uma adaptação do programa desenvolvido nos anos 1970 por Turhan Nejat Veziroglu, aplicado em estudos de casos em países como Egito, Paquistão, Emirados Árabes, Arábia Saudita e Espanha.

No trabalho mais recente, mencionado acima, Lima e colaboradores concluem que, além dos benefícios econômicos, traduzidos pela redução na dependência de importação de energia, e dos benefícios ecológicos pela redução de poluentes, o aumento de energia disponível poderá colaborar para a melhoria da qualidade de vida da população.

Para concluir, uma questão natural: por que usar o hidrogênio para transportar a energia solar ou eólica, se essas poderiam ser injetadas diretamente na rede elétrica usual? A resposta está na intermitência dessas energias renováveis. Embora teoricamente possível, seria muito complicado administrar a rede de distribuição das hidroelétricas com a variabilidade temporal da energia solar e eólica. A solução via hidrogênio permite o armazenamento da energia solar e eólica, para uso no momento que se desejar.

Carlos Alberto dos Santos
Professor aposentado do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

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