USP vai inaugurar 1º posto do mundo de hidrogênio feito de etanol 

O campus Capital-Butantã da Universidade de São Paulo (USP) será palco da primeira experiência no mundo de conversão de hidrogênio a partir do etanol. O local testará a primeira estação de abastecimento com este tipo de hidrogênio renovável com quatro veículos coletivos.

O anúncio foi feito pelo reitor da instituição, Carlos Gilberto Carlotti Junior, na abertura da Conferência de Pesquisa e Inovação em Transição Energética (ETRI) 2024, realizada pelo Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) em novembro.

“Estaremos inaugurando, em breve, nosso reformador de hidrogênio. A partir das próximas semanas, teremos hidrogênio produzido a partir do etanol aqui na nossa universidade”, afirmou Carlotti Junior.

O posto de abastecimento é resultado de um projeto do RCGI, um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por FAPESP e Shell Brasil na Escola Politécnica (Poli-USP). O RCGI é um dos CPEs financiados pela Fundação em parceria com empresas.

O projeto de pesquisa e desenvolvimento tem investimento total de R$ 50 milhões da Shell Brasil, obtido com recursos da cláusula de PD&I da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Como parceiros, participam no desenvolvimento da estação a Hytron, agora parte do Grupo NEA, a Raízen, o Senai CETIQT, além do RCGI.

Como vai funcionar

A estação produzirá inicialmente 4,5 quilos (kg) de hidrogênio por hora – aproximadamente 100 kg por dia. O combustível será utilizado para o abastecimento de três ônibus urbanos que circularão pelo campus da USP, em São Paulo, e um rodoviário, com autonomia de 450 quilômetros (km), suficiente para ir e voltar da Cidade Universitária para Piracicaba, no interior paulista, explicou Julio Meneghini, diretor do RCGI, durante uma visita para convidados à planta-piloto.

“Estudos preliminares mostram que, se 18 ônibus urbanos movidos a diesel que circulam pela USP fossem hoje substituídos por versões abastecidas com hidrogênio, a universidade deixaria de emitir quase 3 mil toneladas de CO2 [dióxido de carbono] por ano”, disse Meneghini.

Por meio de projetos realizados no âmbito do RCGI, os pesquisadores pretendem avaliar a eficiência desses ônibus urbanos movidos a hidrogênio. “Teremos as condições, agora, de avaliar esses veículos em um ciclo real. Isso é muito importante para aplicação, porque na indústria automobilística, para chegar a uma produção em série de um veículo, é preciso ter os números muito bem determinados e definidos em operações reais”, acrescentou Meneghini.

Tecnologia

A tecnologia empregada na planta-piloto para a conversão de hidrogênio a partir do etanol é baseada no uso de um reator desenvolvido pela startup paulista Hytron com apoio do Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE), da FAPESP, e que em 2020 foi adquirida pelo Grupo NEA. O etanol necessário para a produção de hidrogênio será fornecido pela Raízen. O Senai CETIQIT irá fazer simulações computacionais para tornar o equipamento mais eficiente.

Dentro do equipamento, chamado reformador, o etanol e a água são aquecidos a 750°C com o intuito de desencadear reações químicas que resultam na quebra das moléculas de etanol – constituídas por átomos de carbono e de hidrogênio – e, consequentemente, na produção de hidrogênio e monóxido de carbono biogênico, ou seja, que não é de origem fóssil.

“No início da reação é utilizado o próprio etanol para chegar a essa temperatura de 750°C. Depois, subprodutos, como o metano e o CO, para manter essa temperatura”, detalhou Meneghini.

Por meio da tecnologia desenvolvida pela Hytron, foi possível integrar todo esse processo e utilizar 7 litros de etanol para a produção de 1 kg de hidrogênio.

Também são utilizados 2,5 quilowatts-hora (kWh) para manter os sistemas com pressão e a parte elétrica. “Mas, se avaliarmos todos esses números, é possível verificar que o hidrogênio produzido na estação vai chegar a um valor extremamente competitivo, inclusive para uso nesses quatro ônibus aqui na USP”, avaliou Meneghini.

Os gases produzidos durante as reações são purificados em cilindros, onde são separados CO (monóxido de carbono), CO2, o metano e o hidrogênio, que precisa atingir um índice de pureza de 99,999% para ser usado tanto nos ônibus como no automóvel Mirai, cedido pela Toyota para o projeto – o primeiro veículo a hidrogênio do mundo comercializado em larga escala, cujas baterias são carregadas a partir da reação química entre hidrogênio e oxigênio na célula a combustível (fuel cell electric vehicle).

Após ser produzido e sair do purificador, o hidrogênio é comprimido e armazenado em reservatórios com pressão de cerca de 400 atmosferas. “Isso já é suficiente para abastecer os ônibus e o veículo Mirai, que, com 1 kg de hidrogênio, roda 120 km [com tanque cheio, abastecido com 5 kg de hidrogênio, o automóvel tem autonomia de 600 km]”, contou Meneghini.

Com a planta em plena operação, os pesquisadores pretendem avaliar, entre outras questões, qual a quantidade de CO2 emitida para produzir 1 kg de hidrogênio, o consumo real dos veículos e por quanto tempo, em média, é possível manter a estação operando.

“Ao ligar e desligar a planta, há uma diminuição muito grande da eficiência. Ela precisa operar com algo entre 50% e 100% de sua capacidade. Se não encontrarmos uso para todo o hidrogênio produzido, vamos ter de eventualmente desligar a planta em alguns períodos ou fazer um flair [queima], que não contribui para emissões de gases de efeito estufa porque a combustão de hidrogênio não emite CO2, pontuou Meneghini.

(Agência FAPESP)