Publicado em 10 de novembro de 2022 por Mecânica de Comunicação

Hidrogênio produzido por uma fonte renovável apresenta vantagem ambiental e econômica

Um do caminhos para uma economia ambientalmente sustentável na área de transporte é o uso de veículos propelidos por motores alimentados por eletricidade, armazenada quimicamente em baterias ou tanques de hidrogênio. Nesse último caso, um dos desafios é garantir que a produção do hidrogênio seja realizada por meio de processos e insumos renováveis.

A dissertação de mestrado Estação de produção e abastecimento de hidrogênio solar: análise técnica e econômica, defendida por Raul Pereira Micena, na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, sob orientação do professor José Luz Silveira e coorientação do professor Wendell de Queiróz Lamas, assumiu um cenário hipotético de substituição da frota de táxis de Guaratinguetá, no interior de São Paulo, composto por 112 veículos a combustão interna, por veículos movidos a célula a combustível do modelo Toyota Mirai.

Lançado em 2014, esse veículo possui um tanque de 5 kg de hidrogênio, armazenado a uma pressão de 70 MPa. É equipado com uma célula a combustível do tipo solid polymer electrolyte. Sua propulsão é feita por um motor elétrico de corrente alternada de 113 kW e o seu consumo é de 0,0076 /km.

A demanda diária de hidrogênio é calculada com base no tamanho da frota analisada, em número de veículos, no consumo de hidrogênio dos veículos e no percurso médio diário de cada veículo. A demanda trata-se, portanto, do total de hidrogênio a ser produzido localmente na estação para atender o consumo diário da frota de veículos. Como os veículos são abastecidos em diferentes horários, há uma demanda instantânea variável de hidrogênio.

Um dos padrões de demanda horária verificada foi estabelecido por um estudo que considerou a variação de demanda de gasolina em postos nos EUA. Este padrão de consumo foi utilizado por autores de diferentes trabalhos a respeito de estações de abastecimento de hidrogênio. Verifica-se uma variação na demanda ao longo das horas do dia, com média horária de fornecimento de 4,3% da demanda total diária. Denomina-se horário de pico as horas em que a demanda é superior à média. Neste caso, o horário de pico é de 12 horas e se estende das 9 às 21 h. O total de combustível fornecido em taxa horária acima da média de 4,3% é denominado demanda de pico e equivale a 26,36% do total fornecido no período de um dia.

Para o cálculo do custo de produção, foi utilizado três cenários:

1. Produção de hidrogênio com energia elétrica proveniente de uma planta fotovoltaica on-grid. Não são considerados custos com eletricidade, sendo assumida compra e venda de excedentes pelo mesmo valor. Todo o oxigênio é descartado na forma de resíduo, não participando do cálculo de custo do hidrogênio.
2. Produção de hidrogênio com energia elétrica proveniente de uma planta fotovoltaica on-grid. Não são considerados custos com eletricidade, sendo assumida compra e venda de excedentes com o mesmo valor. O oxigênio é considerado como produto de valor econômico e é incluído no cálculo dos custos.
3. Produção de hidrogênio com energia elétrica proveniente da rede elétrica. Neste caso, é assumido o valor da tarifa de energia praticada. Todo o oxigênio é desperdiçado na forma de resíduo, não participando do cálculo de custo do hidrogênio.

A conclusão é que o aproveitamento comercial do oxigênio produzido impacta significativamente no custo do hidrogênio, se tratando de uma oportunidade para a viabilização econômica do hidrogênio eletrolítico. A energia solar, além de sua vantagem ambiental por ser uma fonte renovável, possibilita também a redução do custo do hidrogênio em relação à compra de energia.