GABRILA65162183544miv_Superinteressante Created with Sketch.

O futuro começa com H

O hidrogênio substituirá o petróleo em poucas décadas como a grande fonte de energia para o planeta. Ele é limpo, inesgotável e vai virar a sua vida - bem como a de empresas, governos e países - de cabeça para baixo. Saiba como

Rafael Kenski

Ele tem um currículo de dar inveja. Mais de 90% de toda a matéria que vemos no universo é hidrogênio. Ele é fundamental para a vida: compõe a água e quase toda matéria orgânica, além de ser a fonte de energia do Sol, que funde 600 milhões de toneladas desse gás por segundo. Mais de 90% de todos os átomos existentes no universo são de hidrogênio. Ele também inspirou muitas das pesquisas mais importantes do último século – foi pesquisando o hidrogênio que os cientistas descobriram desde a origem do universo até os elementos que compõem os átomos. Ele também abastece as naves que levam o homem ao espaço (e às vezes as transforma em uma enorme bola de fogo).

Já é bastante, mas espera-se dele ainda mais. A humanidade depende do hidrogênio para, daqui a no máximo 50 anos, mover indústrias, carros e aviões. Ele pode ser extraido da água a um custo irrisório e gerar energia.

A única substância emitida é o vapor – uma coisa da qual nem o mais ferrenho dos ecologistas irá se queixar. Há sinais de que podemos cumprir esse prazo.

As principais tecnologias necessárias para que essa revolução aconteça já existem, mas ainda há um longo caminho até que elas se tornem comercialmente viáveis. Por isso, as pesquisas nessa área gastam entre 1 e 2 bilhões de dólares por ano, e as cifras devem aumentar. A comunidade européia e o governo norte-americano anunciaram, nos últimos meses, fundos para esses estudos que, somados, representam 3,2 bilhões de dólares.

Quais os motivos para gastar tanto dinheiro? O primeiro é que, um dia, o petróleo vai acabar. Há uma enorme polêmica sobre quando as reservas atuais irão se extinguir, mas sabe-se que a era do petróleo barato não irá durar mais do que 40 anos. Os geólogos pessimistas afirmam que o pico da produção mundial ocorrerá ainda nesta década, e que daí em diante os preços aumentarão rapidamente, tornando o consumo cada vez mais restrito. As diferenças entre as previsões existem porque não há um número exato do tamanho das reservas atuais, dos barris a serem consumidos nos próximos anos e das reservas que ainda podem ser descobertas. Sabe-se, no entanto, que a maior parte das fontes de petróleo remanescentes está no Golfo Pérsico.

Depender dos países do Oriente Médio para fornecer um insumo que hoje é responsável por 40% da energia consumida no mundo é algo que não agrada aos países desenvolvidos. Restarão ainda fontes de petróleo em outros tipos de minério, como o xisto e a areia de alcatrão, mas que são muito mais caras e poluentes.

Mesmo que o petróleo não acabe tão cedo, há o argumento ambiental: o mundo está esquentando. O ano passado foi o segundo mais quente já registrado desde que os meteorologistas, em 1860, começaram as medições. Muitos cientistas atribuem esse efeito aos gases emitidos durante a queima de combustíveis fósseis – carvão, petróleo e gás natural –, que contribuiriam para o efeito estufa. Segundo o Comitê Intergovernamental de Mudanças Climáticas da ONU, o conteúdo de gás carbônico hoje na atmosfera é 31% maior do que em 1750, quando os combustíveis fósseis começaram a ser utilizados. Há também divergências acerca de até onde essas emissões podem interferir no clima: é possível que elas tenham um impacto pequeno, assim como elas podem levar a mudanças drásticas em poucos anos.

A solução é encontrar uma tecnologia que substitua com eficácia os combustíveis fósseis. “A não ser que apareça uma enorme revolução tecnológica nos próximos anos, o hidrogênio é o único combustível capaz de resolver esses problemas de forma satisfatória. O futuro dele como combustível, por enquanto, é inevitável”, afirma Peter Hoffmann, autor do livro Tomorrow’s Energy (“Energia do amanhã”, inédito no Brasil), uma das obras mais completas sobre o assunto.

Energia única

O hidrogênio não está disponível na natureza pronto. Ou seja, ele não é uma fonte primária de energia, como o petróleo. Apesar de ser abundante em todo o universo, ele só é encontrado na Terra em moléculas como a água ou em diversos tipos de matéria orgânica. Quem quiser obter hidrogênio puro terá que gastar energia. Por esse motivo, ele é mais parecido com a rede elétrica – uma forma eficiente e limpa de transmitir energia de um lugar para o outro. O método mais barato para extraí-lo é do gás natural, que reage com vapor em temperatura e pressão altas. É assim que se produz a maior parte das 40 milhões de toneladas de hidrogênio utilizadas hoje em processos industriais como refinar petróleo e produzir amônia para fertilizantes. Obtê-lo dessa maneira gera gases poluentes, mas de forma mais controlada do que a fumaça emitida pelo escapamento de milhões de automóveis. Ao que tudo indica, vamos continuar dependendo de combustíveis fósseis para produzir esse gás durante as próximas décadas.

A aposta no hidrogênio como o salvador do planeta depende, no entanto, de fontes inteiramente limpas. O método já existe: basta submeter água a uma corrente elétrica que ela se separa em hidrogênio e oxigênio, seus elementos básicos, sem emitir nenhum poluente. Por enquanto, apenas 4% do hidrogênio mundial é produzido dessa forma. O problema está em obter a energia barata que o sistema despende a partir de fontes renováveis, como o vento, a luz solar, as marés e os rios. Imagina-se que, no futuro, o custo da energia gerada por essas fontes seja tão baixo que poderemos produzir combustível a custo quase zero. Estamos ainda muito longe disso, mas os preços vêm caindo. O quilowatt-hora de energia eólica foi de 40 centavos de dólar no início dos anos 80 para 5 centavos hoje e, em algumas regiões, para 3 centavos. “Se o quilowatt-hora chegar a cerca de 1,5 centavo de dólar, o hidrogênio gerado por energia elétrica será competitivo com a gasolina”, afirma Hoffmann.

Em todo o mundo, dezenas de outras técnicas para a obtenção desse gás estão sendo pesquisadas. Um dos mais interessantes para o Brasil é um projeto do Laboratório de Hidrogênio da Universidade Estadual de Campinas, em São Paulo, que estuda um carro que retira o hidrogênio do álcool. “Ele também emitiria dióxido de carbono, mas na mesma quantidade que a cana-de-açúcar já havia retirado da atmosfera”, afirma o físico Cristiano da Silva Pinto, um dos pesquisadores do projeto.

Existem propostas que ainda estão mais próximas da ficção que das manchetes de jornal. Várias algas e bactérias – algumas delas encontradas em qualquer poça de água – retiram sua energia da luz solar e emitem hidrogênio como subproduto. Conseguir manipulá-las para fazer isso de forma controlada e em escala industrial é uma idéia promissora, mas ainda está longe de sair do laboratório. Há também a idéia de se usarem dezenas de espelhos refletindo a luz do Sol para uma coluna de água, o que geraria calor suficiente para dividi-la. Em fevereiro, cientistas japoneses inventaram um aparelho que transforma lixo orgânico em combustível. Os restos de cozinha são tratados e transformados em glicose, que micróbios transformam em hidrogênio. De uma hora para outra, o carro do filme De Volta para o Futuro, abastecido com lixo, começa a parecer menos estranho.

“Uma futura energia renovável é muito difícil, se não impossível, sem a utilização do hidrogênio como meio de armazenagem”, afirma Jeremy Rifkin, presidente da Fundação em Tendências Econômicas, em Washington, Estados Unidos, no livro A Economia do Hidrogênio. O motivo é que não existe hoje uma forma viável de estocar energia elétrica em grandes quantidades. A eletricidade que uma usina gera precisa ser consumida imediatamente, ou será perdida. Só que o horário em que o Sol brilha mais forte ou que o vento sopra não é o mesmo em que as pessoas ligam os chuveiros e os fornos de microondas. A solução é usar a energia que sobra nos horários de menor consumo para gerar hidrogênio, e gastá-lo nos horários de pico. A mesma estratégia é útil para hidroelétricas, que jogam pelo ladrão cerca de 20% da energia das represas.

“O hidrogênio tem potencial para unificar todos os tipos de energia”, afirma Ennio Peres da Silva, secretário executivo do Centro Nacional de Referência em Energia do Hidrogênio (Ceneh), da Unicamp. Ou seja, de acordo com o momento, você pode escolher qual é a melhor energia – eólica, solar, hidroelétrica, biomassas e até combustíveis fósseis. “Só que ainda é preciso muita pesquisa para torná-lo viável”, diz Ennio.

Mas armazenar hidrogênio também é bastante difícil. As principais técnicas são guardar em tanques com enorme pressão ou resfriar a 253ºC negativos para que ele se torne líquido. Outra alternativa é combiná-lo a pequenas peças de metal, que depois seriam aquecidas e liberariam o gás. Qualquer que seja a solução, é preciso gastar energia extra para deixá-lo parado, o que aumenta o custo e diminui a eficiência. “Ele pode ser armazenado em pequenas quantidades – em um carro, por exemplo – mas é muito difícil estocá-lo em quantidades como as que seriam produzidas por uma usina”, afirma Ennio. Sua equipe estudou a possibilidade de usar a energia excedente da hidroelétrica de Itaipu para fazer hidrogênio. O resultado: guardar, ou transmitir em sistemas como gasodutos, não é viável. “A única opção vantajosa é gastar o hidrogênio na mesma hora em que ele é produzido, fazendo fertilizantes, por exemplo”, diz.

Também aqui existem projetos que podem resolver o problema. Em 1997, dois cientistas da Northeastern University, nos Estados Unidos, afirmaram ter desenvolvido uma nanofibra de grafite capaz de guardar 65% do seu peso em hidrogênio. O anúncio era impressionante: um tanque com pressões não muito fortes poderia fazer um carro andar 8 mil quilômetros sem reabastecer. Existe ainda muita polêmica sobre se essa tecnologia é possível ou não, mas os cientistas garantem que ela pode chegar ao mercado ainda nesta década.

Há também a preocupação de que estes tanques pressurizados possam explodir facilmente. Nada indica, no entanto, que o perigo trazido pelo hidrogênio seja maior que o de outros combustíveis. “Ele possui até a vantagem de se dispersar rápido no caso de um acidente. A gasolina ficaria queimando no chão”, diz Hoffmann.

Pé no chão

O hidrogênio já é considerado há muito tempo uma fonte ideal de energia. Um dos primeiros autores a levantar a hipótese foi o escritor francês Júlio Verne, que em suas obras previu também a invenção do submarino e as viagens espaciais. No romance A Ilha Misteriosa, escrito em 1874, um personagem pergunta o que substituirá o carvão (então o combustível mais importante) quando as minas acabarem. O “instruído e prático” engenheiro Cyrus Hardling responde: “Água, dividida em seus elementos primitivos pela eletricidade, que até lá terá se tornado uma força manejável. O hidrogênio e o oxigênio que a constituem serão uma inesgotável fonte de calor e luz, de uma intensidade que o carvão não é capaz”.

Também é do século 19 a célula a combustível, considerada hoje o principal método de produzir eletricidade a partir do hidrogênio. Ela foi inventada em 1839 pelo inglês William Grove, 40 anos antes da criação do motor a combustão. Ele imaginou que, se a energia elétrica pode ser usada para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, também é possível inverter o método e usar hidrogênio como combustível. As células são caixas em que os átomos de hidrogênio atravessam uma membrana que os faz liberar elétrons, produzindo eletricidade. Do outro lado da “tela”, o que restou dos átomos se recombina com o oxigênio e forma moléculas de água.

A elegância do processo é que as células podem ter qualquer tamanho e abastecer coisas pequenas como um brinquedo ou grandes como um avião. Em uma economia movida a hidrogênio, todos os motores serão elétricos, alimentados por essas células. “A principal vantagem das células a combustível é que elas têm eficiência muito maior que os motores atuais”, afirma Newton Pimenta Neves, secretário adjunto do Ceneh. Um motor a combustão consegue, com muito esforço, converter 25% da energia presente no combustível em trabalho. O resto se dissipa em formas inúteis de energia como calor, barulho e vibração. Um carro movido por célula a combustível consegue, com facilidade, 35% de aproveitamento e pode chegar a uma eficiência de 60%. Em células estacionárias, em que o calor pode ser aproveitado para gerar mais energia, o aproveitamento pode ser superior a 92%.

A incrível eficiência é um dos motivos pelos quais o hidrogênio, mesmo retirado de combustíveis fósseis, ainda traz lucros à atmosfera. “Hoje somos perdulários com os combustíveis. Não podemos continuar com uma tecnologia que desperdiça 75% da energia”, diz Ennio. A longo prazo, essas vantagens vão compensar a mudança para o novo sistema. “Na época do surgimento do automóvel, os cavalos também eram mais baratos, enfrentavam qualquer terreno e ainda davam filhotes. Nem por isso eles ganharam a disputa”, afirma.

A prova de que essas tecnologias funcionam são os produtos que já existem no mercado. Páginas na internet comercializam células a combustível, mas o preço não é lá muito competitivo: um gerador de 1 quilowatt, capaz de acender umas 15 lâmpadas, é vendido a 6 mil dólares. Não é tão barato quanto utilizar a energia das companhias elétricas, mas pode ser uma boa solução para pessoas que vivem em lugares isolados. A possibilidade de fazer a própria energia a partir de fontes renováveis faz o produto ter sucesso entre aqueles que pagam mais caro para ter a consciência tranqüila de não estar degradando o meio ambiente.

Um dos mercados que mais crescem para o hidrogênio está em empresas que não podem se dar ao luxo de ficar sem energia elétrica. As células a combustível – ao contrário das tomadas que temos hoje – fornecem energia segura e estável. O Primeiro Banco Nacional de Omaha, Estados Unidos, por exemplo, calculou que um blecaute de uma hora no seu sistema de processamento de cartões de crédito traria um prejuízo de 6 milhões de dólares. Para evitar o problema, instalou um sistema de células a combustível que oferece energia com 99,99999% de segurança. Várias empresas, bases militares, hospitais e centros de pesquisa já adotaram formas semelhantes de gerar energia.

Quanto ao grande público, os primeiros produtos a hidrogênio que chegarão às lojas serão aparelhos eletrônicos portáteis como laptops, palms e celulares. A quantidade de recursos, monitores, memória e capacidade de processamento que eles têm recebido requer energia, mas, ao contrário dos chips, as baterias têm evoluído muito lentamente. Como o preço delas permanece alto, as células a combustível – que podem ser feitas em qualquer tamanho – tornam-se competitivas. O desempenho, no entanto, é muito maior: as células duram duas a quatro vezes mais do que a bateria, com potencial para chegar a dez vezes mais. Prevê-se que as primeiras seriam abastecidas por combustíveis como o metanol ou o etanol.

Pé na estrada

Quem imagina que os carros a hidrogênio são coisa do futuro também pode se surpreender. Eles existem e estão entre nós. Alguns têm até ar-condicionado e computadores sofisticados. Toyota, DaimlerChrysler, General Motors, Ford e outras gigantes do setor automobilístico já apresentaram protótipos. Algumas montaram pequenas frotas que circulam por Japão, Europa e Estados Unidos para testar como essa modernidade toda funciona na vida real. Em 1999, a cidade de Hamburgo, Alemanha, fez um estardalhaço ao inaugurar um posto com bomba de hidrogênio.

Mas ainda não é hora de correr para a concessionária atrás do seu carro movido a água. “Os automóveis a hidrogênio só chegarão ao mercado em 2010 ou em 2012 e serão menos de 100 mil unidades”, diz Hoffmann. Se quiserem substituir o motor a combustão, as montadoras precisam criar uma célula a combustível com desempenho igualmente bom, ou seja, capaz de andar mais de 400 quilômetros sem reabastecer, ter a mesma potência, custo semelhante e usar um combustível barato e disponível. Isso traz alguns desafios.

Além da dificuldade de armazenar o hidrogênio no tanque, há também uma questão do tipo “o ovo ou a galinha”. Fabricantes têm receio de produzir em larga escala um carro que não terá onde abastecer, e ninguém constrói postos de hidrogênio enquanto os automóveis não derem as caras. É possível que carros que retirem esse gás de combustíveis já existentes como a gasolina, o álcool ou o metanol façam a ponte entre as duas tecnologias. Carros que utilizam mais de um combustível deverão se tornar comuns. Você escolhe o que vai colocar no tanque de acordo com o preço. Pode ser também que os carros cresçam junto com a infra-estrutura. No começo, hospitais e empresas poderiam ter geradores de hidrogênio para abastecer a própria frota.

Os carros elétricos movidos a células a combustível terão várias vantagens. Além de emitirem pelo escapamento apenas água (potável, inclusive), eles são silenciosos e não têm a vibração dos carros convencionais. Chegou-se a sugerir que precisariam de um barulho extra para evitar atropelamentos.

As células também fornecem enorme quantidade de energia elétrica, que pode ser usada para outros fins que não o motor. As conseqüências vão muito além de um farol mais forte ou som mais potente – elas podem revolucionar o modo de produção de automóveis.

Uma amostra de o que essa energia extra é capaz está em um protótipo mostrado pela General Motors no fim do ano passado. Todos os aparelhos do carro são controlados por sistemas eletrônicos. Assim como, nos aviões mais modernos, o piloto usa um joystick que envia as informações para um computador e daí para as asas, o volante estaria ligado às rodas apenas por fios elétricos. O sistema, apelidado de drive-by-wire, evita panes, aumenta a segurança e também o espaço disponível no carro. Junto com o espaço ganho pela célula a combustível, que ocupa menos lugar que um motor a combustão, será possível reunir o chassi inteiro do carro em uma placa semelhante a um skate gigantesco. A empresa prevê que, no futuro, esses skates serão a base para todo tipo de carro e a diferença entre os diversos modelos estará apenas na carroceria que cada montadora coloque sobre ele.

Se o hidrogênio conseguir superar os desafios que ainda restam, então estaremos às portas de uma nova realidade na geração de energia. Afinal, se poderemos gerar eletricidade de forma barata a partir da luz solar, do álcool ou dos ventos, então qualquer pessoa poderá produzir a luz de sua própria casa. “Em breve, os usuários finais não só farão sua própria eletricidade como serão capazes de compartilhá-la com os outros, impondo um sério desafio ao regime energético verticalizado e unidirecional que vigora no mundo atualmente”, afirma Jeremy Rifkin. Em vez de depender de usinas e de gigantescas linhas de transmissão, um simples automóvel poderá ser a fonte de energia de uma família. Uma economia desse tipo pode não estar muito longe de acontecer: a Islândia reuniu um consórcio de empresas e agências para converter toda a sua energia para o hidrogênio até 2020.

É possível que surja uma rede que se junte aos computadores para decidir, a cada instante, qual é a melhor fonte de energia. Essa versão mais democrática de modelo energético pode levar a novas oportunidades – qualquer lugar e pessoa produzirá a energia que desejar. Acima de tudo, teremos menos poluentes no ar e barulho nas ruas. Isto é, se o mundo antes não se derreter nem se destruir em guerras pelo petróleo.

Da torneira para o tanque

Os princípios da hidroeconomia

Antes de mais nada, é preciso eletricidade. Em algumas décadas, ela será obtida de forma barata a partir de fontes renováveis como os rios, o Sol e os ventos

A eletricidade é usada para retirar o hidrogênio das moléculas de água, com o oxigênio como subproduto. Esse processo pode ser feito tanto em grandes usinas quanto em casas ou prédios

O hidrogênio é estocado em um tanque e levado ao local de consumo. Lá, ele poderá ser usado para gerar eletricidade de novo e substituir baterias e combustíveis

Carros, aviões e outros meios de transporte vão funcionar com a energia elétrica liberada pelo hidrogênio

Automóveis poderão se ligar às casas e dar eletricidade a elas. A única substância que os escapamentos vão emitir será vapor de água

O hidrogênio pode fornecer até dez vezes mais energia a celulares e laptops que as baterias atuais

Em todo lugar existirão sistemas produzindo hidrogênio. As pessoas farão a própria energia ou comprarão onde ela estiver mais barata

Para saber mais

Na livraria

Tomorrow·s Energy, Peter Hoffmann, MIT Press, 2001

A Economia do Hidrogênio, Jeremy Rifkin, M. Books, 2003

Na internet

http://www.hfcletter.com

http://www.fuelcellstore.com

http://www.ifi.unicamp.br/ceneh