Transporte de carga à beira de um futuro movido a hidrogênio

Antes que os operadores de transporte de carga invistam na mudança para uma frota movida a hidrogênio são necessárias algumas melhorias significativas no processo de produção e na infraestrutura.


Fonte Smart Energy, por Russell Edson


Hidrogênio tem futuro no transporte de cargas. Mas vai demorar.

Na batalha pelo domínio entre hidrogênio e energia elétrica de bateria, este último parece ter conquistado os corações e mentes dos consumidores.

No entanto, os recentes avanços tecnológicos que afetam a forma como o combustível de hidrogênio é produzido, armazenado e distribuído melhoraram sua viabilidade para aplicações de transporte de peso pesado e em escala industrial.

De caminhões e trens a navios e aeronaves, a energia de hidrogênio poderia conter a chave para um futuro mais verde para o transporte de cargas. As metas estabelecidas pelo Governo do Reino Unido como parte de seu compromisso com o Acordo de Mudanças Climáticas significam que os veículos pesados serão estritamente limitados quando se trata de emissões de CO2 nos próximos anos.

Até 2025, é necessária uma redução de 15% nas emissões e, até 2030, isso aumentará para 30%. Como tal, a indústria de fretes está precisando de uma solução verde prática e eficiente, que poderia vir na forma de combustível de hidrogênio.

Benefícios do hidrogênio para o transporte de carga

O hidrogênio é particularmente adequado como combustível para veículos de transporte de carga devido à sua alta densidade energética, com um quilograma de hidrogênio fornecendo a mesma potência que um galão de diesel.

Também é muito mais rápido reabastecer um veículo movido a hidrogênio do que recarregar um com um motor elétrico. Isso pode ajudar a reduzir o tempo de inatividade de um veículo comercial, otimizando a eficiência e os lucros.

Antes que os operadores de transporte de carga invistam na mudança para uma frota movida a hidrogênio, no entanto, algumas melhorias significativas na infraestrutura são necessárias. Em particular, é necessário investimento para fornecer mais eletrólitos, compressores, instalações de armazenamento, tanques e dutos.

No entanto, há alguns exemplos promissores de inovações para o transporte de carga movido a hidrogênio em andamento. A ABB se uniu à HDF Energy, pioneira em soluções baseadas em hidrogênio, para desenvolver um sistema de células de combustível em larga escala capaz de alimentar um navio de contêineres com nível de emissão zero.

Gigantes do transporte marítimo como NYK, MSC e CMA CGM também se juntaram ao Conselho de Hidrogênio na tentativa de acelerar os programas de P&D para desenvolver combustíveis à base de hidrogênio. Parte de sua visão inclui a potência de uma frota de navios de carga até 2050.

O modal ferroviário é outra área onde o hidrogênio é cada vez mais considerado como fonte de combustível viável e sustentável. A Deutsche Bahn e a Siemens se aliaram com o objetivo de criar um novo sistema ferroviário movido a hidrogênio que compreende uma estação de reabastecimento de trens recém-construída. Embora isso esteja sendo projetado com a viagem de passageiros em mente, é provável que o resultado também possa ser adaptado para o transporte de cargas.

Liderando o desenvolvimento de veículos rodoviários movidos pelo gás, a Hyundai Hydrogen Mobility AG desenvolveu uma nova gama de caminhões. Fontes de energia renováveis são usadas para produzir o necessário para abastecer os veículos, garantindo que eles gerem zero emissões de carbono.

Embora medidas estejam sendo tomadas na direção certa, esses projetos estão todos em estágio relativamente inicial e o uso mainstream de soluções de transporte de carga movidas a hidrogênio ainda parece estar a alguns anos de distância.

Desafios de produção

Se essas soluções forem para ajudar a enfrentar a crise das mudanças climáticas, as inovações devem se concentrar na solução dos problemas associados à produção e armazenamento de hidrogênio.

O método mais comum de produção no momento é a eletrólise, onde a água é dividida em hidrogênio e oxigênio. No entanto, o processo é extremamente intensivo em energia, com unidades típicas de eletrólise comercial que precisam de cerca de 50 quilowatts-hora por quilograma.

Como tal, este método de geração de energia é caro e ineficiente. Outros métodos inovadores de produção incluem a reforma do metano a vapor, que gera gases de efeito estufa e, portanto, cancela alguns dos benefícios ambientais que os veículos movidos a hidrogênio poderiam trazer de outra forma.

Os cientistas da pesquisa até exploraram o potencial das algas para abordar algumas das questões associadas à produção de hidrogênio. O organismo produz naturalmente hidrogênio, mas não o suficiente para ser comercialmente viável como meio de geração energética. Tentativas para aumentar sua taxa de produção foram feitas, mas com sucesso limitado: à medida em que o oxigênio inativa a enzima hidrogenase e outros processos dentro da estrutura celular das algas competem por elétrons.

No entanto, cientistas da Universidade de Tel Aviv e da Universidade Estadual do Arizona desenvolveram uma solução. A tecnologia quimera PSI-hidrogenase funciona reposicionando a hidrogenase das algas dentro de sua própria estrutura celular, o que permite capturar diretamente elétrons, removendo assim a questão da concorrência. Estas células de algas modificadas são capazes de produzir grandes volumes de hidrogênio, desde que tenham luz suficiente.

Outro método inovador de produção que está sendo explorado atualmente envolve o uso de energia solar. A SunHydrogen, empresa de tecnologia com sede na Califórnia, recebeu uma patente nos EUA para uma bateria fotossintética artificial composta por bilhões de nanopartículas. Se este método se mostrar viável, pode ser uma maneira altamente eficiente e econômica de produzir hidrogênio em grande escala.

Soluções de armazenamentoPassando para a questão do armazenamento , uma série de desafios importantes permanecem e estão impedindo a aplicação regular de veículos movidos a partir da substância. Estes incluem o peso e o volume dos sistemas atuais de armazenamento, baixa eficiência energética, durabilidade, e altos custos.

Para melhorar a eficiência, o fabricante de veículos BMW vem experimentando uma tecnologia conhecida como crio-compressão. Usando um método híbrido que combina gás comprimido e hidrogênio líquido, o tanque de armazenamento deve ser projetado para suportar a pressão interna criada pelo fluido criogênico.

Outra inovação de armazenamento mais incomum vem na forma de uma pasta. Pesquisadores do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, desenvolveram um Powerpaste à base de magnésio que armazena hidrogênio com dez vezes a densidade de uma bateria de lítio.Um mecanismo de êmbolo é usado para liberar a energia, com a pasta sendo empurrada para dentro de uma câmara onde reage com água, que então alimenta uma célula de combustível para criar energia elétrica.

Embora o uso predominante de soluções de transporte movidas a hidrogênio ainda esteja a alguns anos de distância, um aumento recente na atividade de inovação sugere que um avanço pode ser iminente.

Com consumidores e legisladores cada vez mais focados na proteção do meio ambiente, o hidrogênio combustível pode ajudar a conduzir o caminho para um futuro mais sustentável para todos os modos de transporte de carga.