USP inicia testes de planta para produzir hidrogênio a partir do etanol

Pesquisa é desenvolvida por grupo de pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Apesar de atualmente não representar uma alternativa viável economicamente à gasolina nos postos de gasolina do país, o etanol – biocombustível derivado da cana de açúcar, adotado pela indústria automobilística brasileira desde a década de 1970 – continua sendo valorizado diante da busca por soluções energéticas que façam frente aos combustíveis fósseis, em tempos de crise climática. Se depender de um grupo de pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), a maioria engenheiros, o etanol poderá ter sua utilização ampliada, desde a sua produção a seu uso em veículos, sobretudo pesados, por sua transformação em hidrogênio verde. A primeira usina do mundo a realizar esse tipo de conversão acaba de ser inaugurada pela USP, iniciando sua operacionalização a partir do início deste mês de março.

Promovida por um consócio que integra a Universidade à Shell, à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e a outras empresas do setor, o estudo vem sendo conduzido por pesquisadores do Centro de Pesquisa e Inovação em Gases de Feito Estufa (RCGI, na sigla em inglês), por meio de uma equipe multiprofissional da EPUSP. Ao longo de 12 anos, a estação recém-inaugurada recebeu investimentos de R$ 50 milhões da startup Hytron e ainda da Raízen, Toyota, Hyundai, Marcopolo, da Empresa Metropolitana de Transportes urbanos de São Paulo (EMTU) e do Senai CETIQT.

Usina de conversão de etanol para hidrogênio, implantada na Politécnica da USP
Usina de conversão de etanol para hidrogênio, implantada na Politécnica da USP



Com a nova técnica, o projeto pretende gerar 100 quilos de hidrogênio/dia, a serem utilizados em veículos elétricos da própria universidade. “Poderemos chegar a uma pegada de carbono negativa, por meio da utilização do hidrogênio nas próprias usinas de álcool hidratado, mesmo que isso demande uma transição, utilizando ainda os motores de combustão atuais. O mesmo poderá ser feito nos veículos de motor a combustão atuais, embora aí também possa comprometer a eficiência desse aproveitamento”, prevê o vice-diretor do RCGI, eng. mec. Emílio Carlos Nelli Silva, em entrevista o Confea.

A usina inédita no mundo utiliza uma tecnologia termoquímica para converter o etanol em hidrogênio, diferenciada das que utilizam a eletrólise e o metano, estabelecidas na Ásia, nos Estados Unidos e na Europa. “O hidrogênio gerado é armazenado e disponibilizado em um posto de abastecimento para veículos”. Nos próximos 10 meses, será analisado o funcionamento dos “reformadores”, com uma escala de produção de 100 quilos de hidrogênio por dia. A partir daí, a meta será implantar uma fábrica capaz de produzir 45,5 Kg de hidrogênio por hora. Dois carros e três ônibus incorporados pela USP serão utilizados nos testes para avaliar a taxa de conversão de etanol em hidrogênio e os índices de consumo e rendimento do combustível nos veículos.

“Essa planta piloto, única no mundo vai nos ajudar a avaliar a confiabilidade desta tecnologia. Muito do que se tem atualmente, vem de cálculos teórico-numéricos e laboratórios. Agora, temos uma usina onde poderemos ver se todos estes números se confirmam. Esta será a primeira vez que o hidrogênio será avaliado nas condições brasileiras”, argumenta Emílio. Ele informa que o RCGI reúne 600 pesquisadores de várias unidades da USP. “Para mim é um orgulho fazer parte disso. A grande vantagem é que a gente consegue disponibilizar para a sociedade a tecnologia. Esse caminho das pedras a gente conseguiu encontrar. Gerar conhecimento que chegue à sociedade. Tudo o que a gente faz tem que ser com essa motivação. Custos, confiabilidade, para que isso seja escalado para uma planta industrial. Aí a universidade já não entra, seria algo da empresa, para dar escala”, acrescenta. 

Vantagens da tecnologia
Disponível em mercados da Ásia, Europa e Estados Unidos, inclusive com autonomia de 600 quilômetros, os veículos que utilizam células de hidrogênio ainda parecem longe da realidade brasileira. Investimentos para a produção do hidrogênio vêm sendo feitos em estados como o Ceará, onde está o maior projeto de hidrogênio verde em larga escala do país. Agora, a pesquisa da USP pode representar um passo inovador para a adoção dessa tecnologia no país.

Por utilizar um processo eletroquímico nas células de combustível, o uso mais eficiente está relacionado aos modelos novos de veículos com tanques já preparados para receber o hidrogênio. “Não tem uma indústria no Brasil disponível. Isso vai começar com caminhões e ônibus que têm maior valor agregado. O ideal não é queimar hidrogênio em motor de combustão. Mas, em uma fase de transição, talvez isso vá ocorrer, o que já reduz a descarbonização. A eficiência da nova tecnologia usa uma célula de combustível, tanques de hidrogênio e uma bateria menor com a geração da própria energia. Lá fora não é mais uma tecnologia embrionária”, ressalta.

Segundo o engenheiro mecânico Emílio Carlos Nelli, os carros a combustão possuem uma eficiência termodinâmica da ordem de 35%. Isso significa que somente cerca de 35% da energia presente no combustível é utilizada para mover o carro, informa. “O etanol é renovável porque retorna pela fotossíntese da cana, mas não pode ser usado em caminhões e ônibus. O hidrogênio usado na célula de combustível tem 70% de eficiência, podendo ser utilizado nesses veículos. O hidrogênio por eletrólise gasta 55 kilowatts/hora por quilo, trata-se de uma alta quantidade de energia elétrica. O processo do gás metano exige que o metano ou o hidrogênio seja transportado, o que é ineficiente. Já o processo por etanol exige 2kwh/Kg de hidrogênio (energia que pode ser obtida do próprio etanol) e tem a vantagem logística do transporte do etanol, que é liquido”. O pesquisador considera ainda que seria possível promover também a combinação do hidrogênio com gás carbônico, para gerar o metanol; e com nitrogênio, para a produção de amônia, utilizada em fertilizantes. 

Fonte: Confea

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