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O campus Capital-Butantã da Universidade de São Paulo (USP) será o cenário de uma iniciativa pioneira no mundo: a conversão de hidrogênio a partir do etanol. Esta universidade realizará um teste com sua primeira estação de abastecimento que utilizará hidrogênio renovável, contando com quatro veículos coletivos.
A informação foi divulgada pelo reitor Carlos Gilberto Carlotti Junior na abertura da Conferência de Pesquisa e Inovação em Transição Energética (ETRI) 2024, promovida pelo Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) em novembro.
“Em breve, iremos inaugurar nosso reformador de hidrogênio. Nas próximas semanas, teremos a produção de hidrogênio a partir do etanol em nossa universidade”, anunciou Carlotti Junior.
A instalação do posto de abastecimento é resultado de um projeto desenvolvido pelo RCGI, um Centro de Pesquisa em Engenharia que combina esforços da FAPESP e Shell Brasil com a Escola Politécnica (Poli-USP). O RCGI é um dos Centros de Pesquisa apoiados pela Fundação em colaboração com empresas.
Este projeto de pesquisa e desenvolvimento conta com um investimento total de R$ 50 milhões fornecidos pela Shell Brasil, provenientes da cláusula de PD&I da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Os parceiros que participam da implementação da estação incluem a Hytron, agora integrante do Grupo NEA, a Raízen, o Senai CETIQT, além do RCGI.
Funcionamento da Estação
No início, a estação gerará 4,5 quilos (kg) de hidrogênio por hora, resultando em aproximadamente 100 kg em um dia. Este combustível servirá para abastecer três ônibus urbanos que operarão no campus da USP, além de um ônibus rodoviário com a capacidade de percorrer 450 quilômetros, permissão suficiente para realizar a viagem entre a Cidade Universitária e Piracicaba, interior de São Paulo, conforme explicou Julio Meneghini, diretor do RCGI, durante uma visita técnica à planta-piloto.
“Pesquisas preliminares indicam que, se substituíssemos 18 ônibus urbanos que atualmente funcionam com diesel pela nova versão movida a hidrogênio, a universidade evitaria a emissão de quase 3 mil toneladas de CO2 por ano”, destacou Meneghini.
Com o apoio de projetos que estão sendo realizados dentro do RCGI, os pesquisadores buscam analisar a eficiência desses ônibus urbanos movidos a hidrogênio. “Agora teremos a oportunidade de avaliar esses veículos em condições reais. Isso é crucial porque, na indústria automobilística, para a produção em massa de um veículo, é necessário ter dados precisos e bem definidos em operações reais”, completou.
Tecnologia da Conversão
A tecnologia aplicada na planta-piloto para a conversão de hidrogênio, a partir do etanol, é baseada em um reator desenvolvida pela startup paulista Hytron, que recebeu apoio do Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE) da FAPESP. Em 2020, essa tecnologia foi adquirida pelo Grupo NEA. O etanol que será utilizado para a produção de hidrogênio será fornecido pela Raízen, enquanto o Senai CETIQT realizará simulações computacionais visando a otimizar a eficiência do equipamento.
Durante o processo no reformador, o etanol e a água são aquecidos a 750°C para iniciar reações químicas que quebram as moléculas de etanol, promovendo a produção de hidrogênio e monóxido de carbono biogênico, este último sendo não derivado de fontes fósseis.
“No começo do processo, utilizamos o próprio etanol para alcançar a temperatura necessária de 750°C. Posteriormente, outros subprodutos, como metano e CO, são empregados para sustentar essa temperatura”, esclareceu Meneghini.
Através da tecnologia desenvolvida pela Hytron, foi possível integrar todo o procedimento que utiliza 7 litros de etanol para produzir 1 kg de hidrogênio. A demanda elétrica é de 2,5 quilowatts-hora (kWh) para manter a pressão e as operações elétricas. “Levando em conta todos esses números, podemos constatar que o hidrogênio gerado na estação terá um custo muito competitivo, especialmente para os quatro ônibus que estarão operando na USP”, avaliou Meneghini.
A gaseificação dos produtos resultantes das reações é realizada em cilindros, onde ocorre a separação do CO, CO2, metano e o hidrogênio que deve alcançar um índice de pureza de 99,999% para ser aproveitado tanto nos ônibus quanto no veículo Mirai, fornecido pela Toyota para este projeto – o primeiro automóvel a hidrogênio comercializado globalmente, cuja bateria é recarregada pela reação entre hidrogênio e oxigênio na célula a combustível (fuel cell electric vehicle).
Após a purificação, o hidrogênio é então comprimido e armazenado em tanques a uma pressão próxima de 400 atmosferas. “Esse nível de pressão é adequado para abastecer tanto os ônibus quanto o Mirai, que pode percorrer 120 km com 1 kg de hidrogênio, enquanto com 5 kg tem autonomia de 600 km”, explicou Meneghini.
Com a planta em funcionamento, os investigadores planejam analisar diversos aspectos, incluindo a quantidade de CO2 emitida durante a produção de 1 kg de hidrogênio, o consumo real dos veículos e a viabilidade da operação da estação em média. “O início e o fim das operações provocam uma significativa diminuição na eficiência. Para a otimização, a planta deve operar entre 50% e 100% de sua capacidade. Na falta de uma demanda constante por todo o hidrogênio produzido, poderemos eventualmente necessitar desligar a instalação durante certos períodos ou realizar uma queima controlada, que não contribui para emissões de gases de efeito estufa, dado que a combustão de hidrogênio não liberta CO2”, destacou Meneghini.
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