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Conhecer as fontes de hidrogênio é necessário para confirmar que o veículo está realmente funcionando com as emissões de gases poluentes próximas de zero.
Mas antes vamos explicar o funcionamento de uma célula de combustível, que é um dispositivo eletroquímico, que combina combustível de hidrogênio com oxigênio para produzir eletricidade, calor e água.
A célula de combustível é semelhante a uma bateria em que uma reação eletroquímica ocorre enquanto o combustível estiver disponível. O hidrogênio é armazenado em um recipiente pressurizado(cilindros) e o oxigênio é retirado do ar. Devido à ausência de combustão, não há emissões nocivas e o único subproduto é a água pura.
Basicamente, uma célula de combustível é a eletrólise ao contrário, usando dois eletrodos separados por um eletrólito. O ânodo (eletrodo negativo) recebe hidrogênio e o cátodo (eletrodo positivo) coleta oxigênio. Um catalisador no ânodo separa o hidrogênio em íons de hidrogênio carregados positivamente e elétrons. O oxigênio é ionizado e migra através do eletrólito para o compartimento anódico, onde se combina com o hidrogênio.
Embora menos eficientes do que as baterias elétricas, as células de combustível de hoje se comparam favoravelmente à tecnologia do motor de combustão interna, que converte combustível em energia cinética com aproximadamente 25% de eficiência (Ciclo Otto). Uma célula de combustível, por outro lado, pode misturar hidrogênio com ar para produzir eletricidade com eficiência de até 60%. (Fig. 14 a 18)
Agora vamos saber a origem do hidrogênio e para facilitar este conhecimento, usaremos cores para identificar cada tipo de hidrogênio conforme a sua fonte de extração.
O hidrogênio é um gás incolor, mas existem cerca de nove códigos de cores para identificar o hidrogênio, incluindo verde, amarelo, branco, preto, marrom, rosa, turquesa, cinza e azul. Os códigos de cores referem-se à fonte ou ao processo usado para produzir o hidrogênio.
Hidrogênio verde
O hidrogênio verde tornou-se sinônimo de produção por eletrólise da água usando energia renovável, como solar, eólica, hídrica etc., criando assim um processo de produção de hidrogênio totalmente neutro em carbono. Hoje, o hidrogênio verde responde por uma porcentagem muito pequena da produção total de hidrogênio.
No entanto, a definição de “hidrogênio verde” também abrange outros caminhos renováveis para o hidrogênio, como a termólise da biomassa ou a reforma do biometano. Uma maneira potencialmente positiva para o clima de produzir hidrogênio é usar o biogás pelo método de produção azul ou turquesa. Bioazul e bio-turquesa podem ser ainda mais benéficos para o clima do que o hidrogênio verde. Isso ocorre porque o carbono no biogás, ao processar este para bio metano, não será liberado como CO2.
Hidrogênio branco
Na natureza, o hidrogênio é mais comumente encontrado em diferentes depósitos em sua forma gasosa (H2). Isso é conhecido como hidrogênio branco. Não existe uma estratégia viável para usar e extrair esse hidrogênio até hoje. Em vez disso, para utilizar o poder do hidrogênio, diferentes processos para gerá-lo artificialmente precisam ser aplicados, que é o que representam as diferentes denominações de cores.
Hidrogênio cinza
O hidrogênio cinza é o hidrogênio produzido usando o metano aquecido a vapor, de forma que o excesso de CO2 é liberado na atmosfera. Este tipo de produção representa a maior parte da produção de hidrogênio atualmente. O hidrogênio cinza emite entre 9 kg e 12 kg de CO2 por kg de produção de hidrogênio, em comparação com o hidrogênio azul que emite 0,5-4 kg e o hidrogênio verde, que é essencialmente livre de emissões.
O hidrogênio cinza não deveria ser usado em células de combustível devido às impurezas que afetariam negativamente a vida útil. No entanto, pode ser limpo por liquefação, embora isso consuma energia adicional, tornaria o hidrogênio suficientemente limpo e adequado para uso.
Hidrogênio marrom e preto
A forma mais antiga de gerar hidrogênio é transformando carvão em hidrogênio. Isso gera o que é chamado de hidrogênio marrom ou preto. O hidrogênio é apelidado de marrom ou preto, dependendo do carvão usado:
usando uma quantidade controlada de oxigênio e/ou vapor. O monóxido de carbono reage com a água para formar dióxido de carbono e hidrogênio. O hidrogênio é então separado dos outros elementos por meio de filtros ou membranas especiais.
A produção de hidrogênio marrom e preto é um processo altamente poluente, pois tanto o CO2 quanto o monóxido de carbono não podem ser reaproveitados e são liberados na atmosfera.
Hidrogênio azul
O hidrogênio azul é produzido da mesma forma que o hidrogênio cinza, mas o excesso de CO2 é impedido de se dispersar na atmosfera usando a captura e armazenamento de carbono. O hidrogênio azul é considerado como uma fonte de energia de baixo carbono e se ele fosse utilizado no lugar do petróleo (diesel, gasolina, querosene), não haveria problemas climáticos que provocamos com a queima descontrolada do combustível de origem fóssil.
Hidrogênio turquesa
O hidrogênio turquesa é uma maneira relativamente nova de produção e assim como o hidrogênio cinza e azul, ele usa o gás metano natural como matéria-prima, mas utiliza eletricidade em vez de combustíveis fósseis para gerar calor por meio do método de pirólise e o resultado deste processo de produção do hidrogênio turquesa é o hidrogênio e carbono.
O carbono no formato sólido, também chamado de negro de carbono/negro de fumo, pode ser utilizado para produzir certos produtos, como pneus e mangueiras de borracha. A produção de negro de fumo aumenta a atratividade do hidrogênio turquesa ao produzir uma matéria-prima de alto valor juntamente com o hidrogênio.
Hidrogênio rosa
O hidrogênio rosa geralmente se refere ao hidrogênio produzido por meio do processo de eletrólise da água alimentado por energia nuclear. Este é um caminho interessante para vários países e produz hidrogênio limpo. Rosa é uma denominação recente originária da França, onde o hidrogênio de base nuclear foi anteriormente incluído sob o nome de hidrogênio amarelo.
Hidrogênio AMARELO
O hidrogênio amarelo é uma das cores mais confusas. É usado por alguns para se referir ao hidrogênio que foi produzido através do processo de eletrólise da água alimentado exclusivamente por energia solar, enquanto outros o consideram, confusamente, como hidrogênio eletrolisado feito usando o poder de fontes mistas (mistura de eletricidade) por exemplo, solar, nuclear, bio, fóssil entre outros. E nos EUA, amarelo é usado apenas para nuclear.
Como complemento às soluções elétricas de bateria, as células de combustível de hidrogênio oferecerem uma solução para transporte de caminhões pesados e de longa distância, onde uma boa infraestrutura de carregamento elétrico é difícil de encontrar ou o tamanho da bateria necessária para alimentar a máquina seria muito grande. Ao contrário das baterias, que armazenam a eletricidade usada, as células de combustível produzem sua própria eletricidade a bordo a partir do hidrogênio armazenado em um processo eletroquímico.