Ônibus e caminhões a hidrogênio podem ser o futuro para o transporte rodoviário sustentável
As baterias não são o principal e o fim de tudo
Por que todo mundo está falando sobre hidrogênio?
Se o hidrogênio combustível é o futuro, já faz algum tempo. Em 1874, o autor de ficção científica Júlio Verne apresentou uma visão presciente do hidrogênio como uma fonte inesgotável de energia que inspirou governos e empresários desde então. Durante a crise do petróleo na década de 1970, o hidrogênio ressurgiu mais uma vez como um combustível alternativo em potencial para carros e, em 2003, George Bush anunciou os veículos a hidrogênio durante a primeira onda de preocupação real com as mudanças climáticas. Agora, 147 anos após o famoso romance de Verne, ‘A Ilha Misteriosa’, e em uma época em que o desafio climático nunca foi tão urgente, o hidrogênio mais uma vez chama a atenção.
O panorama geral e por que é importante
Em junho de 2019, o Reino Unido se tornou a primeira grande economia a definir uma meta legalmente vinculante de reduzir suas emissões de gases de efeito estufa a zero até 2050. Isso seria uma redução de cerca de 100% em relação aos níveis de 1990. Em março de 2021, o governo anunciou que já estávamos na metade do caminho. O marco foi alcançado após uma queda recorde de 11% nas emissões de gases de efeito estufa em 2020, em grande parte devido a uma redução temporária na atividade econômica durante a pandemia do coronavírus. No entanto, este provavelmente foi um “blip” temporário e com a economia em processo de recuperação, os níveis devem subir mais uma vez. Então, como podemos ter certeza de que estamos no caminho certo?
A maior fonte de emissões de gases de efeito estufa no Reino Unido é o transporte, responsável por cerca de 27%. É preocupante que o transporte também tenha apresentado o pior desempenho em termos de redução de emissões – alcançando apenas 2% de redução em relação aos níveis de 1990. Embora precisemos de um progresso significativo, os carros elétricos estão quase que exclusivamente dominando a conversa, em detrimento de alternativas, como o hidrogênio, que poderiam desempenhar um papel importante. Para mudar a dinâmica, o governo do Reino Unido anunciou recentemente £ 171 milhões em financiamento para nove projetos para reduzir as emissões e desenvolver projetos de hidrogênio de cadeia completa, enquanto traça um plano para introduzir a precificação do carbono na poluição industrial como parte de sua estratégia de mudança climática.
Hidrogênio em poucas palavras
O hidrogênio é o elemento conhecido mais leve da tabela periódica. É também a substância mais abundante do universo, respondendo por quase 90% de toda a matéria. O hidrogênio é extremamente versátil e pode ser usado para criar moléculas de hidrocarbonetos muito complexas, como gás natural e petróleo, entre outros. Uma das maiores fontes de hidrogênio é a água, que pode ser dividida em hidrogênio e oxigênio pelo uso de eletricidade, um processo chamado eletrólise da água. Para gerar eletricidade, o hidrogênio e o oxigênio reagem por meio da troca de prótons em uma célula eletroquímica, semelhante a uma bateria. Esse processo gera uma corrente elétrica, pequenas quantidades de calor e esgota a água do processo, tornando-o uma fonte de energia muito limpa, com emissão zero de carbono.
Hidrogênio e veículos de passageiros
Mesmo que os veículos elétricos (VEs) não sejam totalmente convencionais (ainda), os fabricantes continuam a desenvolver novos modelos de acordo com as regulamentações governamentais, aumentando continuamente a demanda do consumidor e aumentando o investimento em infraestrutura de apoio. As vendas de veículos elétricos a bateria (BEVs) e veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs) representaram 4,2% do mercado automotivo global em 2020, ante apenas 2,5% em 2019.
Para o hidrogênio alcançá-lo, seria necessário um tremendo apoio político, uma vez que não há veículos suficientes na estrada para justificar programas maciços de construção de postos de abastecimento. A partir de agora, apenas três modelos de passageiros de Veículos Elétricos de Célula de Combustível (FCEV) existem em mercados selecionados: Toyota Mirai, Hyundai Nexo e Honda Clarity. A falta de investimento e desenvolvimento significa que os custos dos veículos permanecem altos em comparação com as alternativas, tornando o hidrogênio uma escolha menos atraente para os consumidores. Parece claro que os veículos de passageiros BEV serão os vencedores a curto e médio prazo.
A questão, então, é realmente em torno de como descarbonizar os veículos maiores do mercado. Há boas razões para pensar que é improvável que estes tirem proveito da mesma tecnologia de bateria elétrica que suas contrapartes menores, principalmente devido ao peso e volume significativos das baterias. No entanto, o uso do hidrogênio está se desenvolvendo rapidamente no transporte rodoviário, especialmente para ônibus e veículos comerciais maiores.
Vamos falar sobre ônibus
Apesar dos avanços impressionantes, a tecnologia de baterias de ônibus ainda não é a ideal, principalmente devido ao alcance insuficiente e à descarga mais rápida da bateria em climas frios. Para evitar colocar todos os seus ovos de energia limpa na mesma cesta, o Reino Unido tem avaliado consistentemente a célula de combustível de hidrogênio como uma alternativa. Com o “Bus Back Better”, uma nova estratégia nacional, o governo do Reino Unido se comprometeu a encerrar a venda de novos ônibus a diesel e aumentar as vendas de modelos britânicos com emissão zero. Como parte dessa mudança, a Wrightbus está planejando introduzir 3.000 ônibus a hidrogênio no Reino Unido, com os primeiros 50 a serem implantados em várias cidades.
Os custos iniciais para ônibus movidos a hidrogênio eram originalmente substancialmente mais altos do que os modelos a diesel ou elétricos, com valores próximos a £ 1 milhão cada. Devido aos avanços tecnológicos, os preços caíram notavelmente desde as primeiras implantações para estar em linha com as alternativas elétricas. Como os ônibus a hidrogênio são capazes de armazenar mais energia a bordo do que os ônibus a bateria equivalentes, eles são capazes de atender a rotas mais longas e podem ser reabastecidos em poucos minutos. A eletrólise, ao contrário do carregamento da bateria, impõe uma demanda relativamente estável na rede de energia ao longo do dia e requer um forte investimento na infraestrutura disponível para acomodar um número crescente de ônibus. Até agora, isso só é possível em estações selecionadas. Por exemplo, o depósito da King Street de Aberdeen teve que realizar algumas obras importantes, desde pontos elétricos em cada vaga de estacionamento até veículos de pré-aquecimento, até sensores de teto mapeando os níveis de hidrogênio na atmosfera e modificações nas oficinas. Para tornar a tecnologia viável em todo o país, seria necessário um investimento significativo.
Hidrogênio e caminhões
Embora representem apenas 2% dos veículos na UE, os caminhões são responsáveis por 22% das emissões de carbono do transporte rodoviário, de acordo com Transporte e Meio Ambiente. Os fabricantes de caminhões da Europa concordaram em trabalhar juntos para ajudar a criar as condições certas para a implantação de caminhões a hidrogênio no mercado de massa. A Iveco, a Daimler e a Volvo uniram forças com as empresas de energia Shell e OMV para formar a H2Accelerate, com o objetivo de ajudar os caminhões a hidrogênio a alcançar um avanço em todo o continente.
Ao mesmo tempo, na Suíça, a Hyundai iniciou a entrega de seus veículos elétricos com célula de combustível XCIENT (FCEVs), com uma implantação planejada de 1.600 caminhões até 2025. Os caminhões são movidos por uma célula de combustível de hidrogênio 190kW com alcance de aproximadamente 400 km em um único cobrar. Este é o tipo de ambição que o Reino Unido deve corresponder para desenvolver a infraestrutura e apoiar a implantação da tecnologia em escala.
Possíveis soluções para o atual problema de ‘ovo e galinha’ de incentivo ao fornecimento de hidrogênio e o desenvolvimento de novos veículos a hidrogênio poderiam ser abordadas através da criação de ‘clusters de transporte de hidrogênio’ através de áreas industriais com fontes potenciais de hidrogênio de baixo custo e baixo carbono (como Aberdeen ou Tees Valley), que também têm uma demanda significativa de transporte com veículos em grande parte atrelados a essas áreas. A Shell e a ITM Power estão desenvolvendo uma rede de reabastecimento para caminhões a hidrogênio, bem como ônibus, trens e navios para o Reino Unido, mas ainda há um longo caminho a percorrer. Sem uma infraestrutura de distribuição séria no local, pode levar pelo menos 5 a 10 anos antes que o hidrogênio possa ser usado em grande escala para veículos de mercadorias pesadas
Como um passo na direção certa, o governo do Reino Unido recentemente forneceu £ 54 milhões de financiamento para três projetos de desenvolvimento de tecnologia de trem de força de hidrogênio para uso em veículos comerciais e ônibus, enquanto £ 32 milhões irão diretamente para o desenvolvimento de sistemas de propulsão elétrica para veículos pesados veículos de mercadorias.
Costuma-se argumentar que os BEVs serão usados para intervalos mais curtos, enquanto os biocombustíveis serão usados em distâncias maiores, não deixando um meio-termo para o hidrogênio. Os fatores decisivos entre hidrogênio e bateria giram em torno de considerações operacionais, como alcance, carga útil, tempo de reabastecimento e infraestrutura disponível. Alimentar caminhões com baterias não é uma opção tão simples quanto é com carros, pois o peso adicional equivale a uma perda de capacidade de carga de cerca de 4 toneladas, ou cerca de 10%, por caminhão. Esses grandes veículos comerciais simplesmente não podem sacrificar a carga útil para acomodar o peso das baterias.
Barreiras e desafios
Existem cerca de 15 estações de reabastecimento de hidrogênio em todo o Reino Unido, a infraestrutura bem menos desenvolvida do que a rede de recarga BEV. Como resultado, a aceitação dos veículos com células de combustível está ficando para trás em relação aos carros elétricos a bateria e os principais OEMs estão saindo da corrida do hidrogênio, sendo a Scania a mais recente. Ao mesmo tempo, vários fabricantes importantes, incluindo Toyota e Hyundai, permanecem comprometidos com o desenvolvimento do FCEV, enquanto o governo apóia um novo esquema de desenvolvimento de plataforma de hidrogênio como parte do programa de transformação em andamento da Jaguar Land Rover. Antes que o hidrogênio tenha a chance de se tornar dominante, é necessário um trabalho significativo, desde a produção em grande escala até os investimentos em infraestrutura de reabastecimento.
Um aspecto importante que impede a adoção generalizada de células a combustível de hidrogênio é o processo predominante de geração de hidrogênio. Aproximadamente 85% do hidrogênio é produzido a partir do metano e, portanto, extremamente poluente. A eletrólise da água, embora promissora e limpa, ainda não é eficiente o suficiente, nem está disponível em escala industrial. O processo de separação do hidrogênio do oxigênio consome cerca de três vezes mais energia do que a que pode ser gerada posteriormente pela célula a combustível dentro de um veículo, ficando atrás da eficiência energética que pode ser alcançada com os BEVs.
Nesse ponto, a discussão frequentemente gira para os custos, já que o hidrogênio continua mais caro do que a gasolina ou os concorrentes do BEV, em parte devido à sofisticada tecnologia envolvida. Felizmente, isso está mudando rapidamente. A geração de energia renovável está aumentando constantemente, à medida que os custos de instalação continuam caindo devido aos avanços na fabricação. Como a entrada no processo de eletrólise está ficando mais barata, o mesmo acontece com o hidrogênio. Além disso, uma indústria em crescimento se beneficiará da economia de escala (incluindo automação e digitalização), um processo que a gasolina e veículos BEV já passaram, enquanto os cientistas trabalham incansavelmente para melhorar o processo de geração de hidrogênio, com avanços convincentes nos últimos anos anos. Finalmente, espera-se que os custos do carbono aumentem dramaticamente, e isso faz parte da equação para tornar o hidrogênio mais acessível.
O que diria Verne (WWVS)
Quase 150 anos depois que Júlio Verne imaginou pela primeira vez um mundo movido a hidrogênio, ainda não está claro o quão presciente a ideia realmente era. O investimento significativo de empresas privadas e governos na tecnologia BEV levou alguns observadores a declarar o fim da corrida pela fonte de energia ecologicamente correta. Embora este artigo aponte desenvolvimentos interessantes para ônibus e caminhões movidos a hidrogênio, é importante mencionar navios e aviões, onde as vantagens do hidrogênio podem provar que Verne está certo o tempo todo.