O hidrogênio (H2) tem muito potencial, mas também requisitos elevados. A Continental está acompanhando o desenvolvimento desde as origens até a célula de combustível.
Quando os dois se unem, eles não se soltam mais, passam por bons e maus momentos e são mais fortes juntos. Muitas espécies no mundo animal — pinguins, orcas ou antas — estão tão convencidas desse conceito quanto muitos casais humanos. Mesmo entre os menores elementos do planeta, que só podem ser vistos no microscópio, existem muitas duplas: oxigênio, nitrogênio, flúor ou iodo, por exemplo, só são estáveis quando unem as forças com um segundo elemento da espécie. Dessa forma, podem desenvolver todo o seu potencial. O mesmo serve para o hidrogênio, e isso faz do H2 uma luz no fim do túnel para a mobilidade do futuro, sempre que peso elevado, longos ciclos de recarga e curto alcance das baterias elétricas representarem um problema.
No entanto, ainda há um longo caminho a ser percorrido antes que o hidrogênio possa impulsionar caminhões, ônibus ou escavadeiras em grande escala, e todos os envolvidos — incluindo os especialistas em materiais da Continental — ainda precisam abrir o caminho. Queríamos saber mais sobre esse elemento, as suas capacidades, necessidades e objetivos. Para isso, acompanhamos uma dupla de hidrogênio na jornada — desde a sua criação até a célula de combustível.
No princípio era a água
Por que o hidrogênio em especial? Embora haja quantidade suficiente do primeiro elemento na tabela periódica em nosso planeta, ele geralmente está ligado na forma orgânica, por exemplo, junto com o oxigênio: H2O. No entanto, para usar hidrogênio puro, ele deve primeiro ser liberado ou produzido usando energia. Isso vale a pena? Sim, porque com uma densidade de energia gravimétrica de 120 kJ/g, é um armazenamento de energia muito melhor do que as baterias de íon de lítio, por exemplo — e pode, assim, ter um maior alcance, como necessário no transporte pesado, por exemplo.
A tecnologia futura mais promissora para o ponto de partida de nossa jornada pelo hidrogênio é a eletrólise, na qual a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio pelo uso da eletricidade. A vantagem em relação às outras tecnologias é que não são produzidas emissões nocivas como CO2 — desde que a eletricidade utilizada venha de fontes renováveis. É por isso que esse hidrogênio também é chamado de “verde”.
Foi aqui que os dois átomos de hidrogênio se encontraram e uniram forças como companheiros permanentes na viagem rumo à célula de combustível. Mas, como o hidrogênio puro pode ser um gás incolor e inodoro, cujo manuseio não é inofensivo, o restante do trajeto deve atender a uma série de características importantes para garantir que os dois cheguem com segurança ao destino. Isso inclui, por exemplo, a resistência à pressão de linhas, vedações e tanques.
O hidrogênio é transportado a até 700 bar, dependendo do estado de agregação — um anel de vedação ou mangueira deve suportar isso. Para isso, uma extensa pesquisa básica está sendo realizada em nossos centros de competência para tecnologia de hidrogênio e células de combustível, para alcançar as propriedades necessárias dos plásticos e borrachas. Entre outras coisas, já existem mangueiras de combustível de hidrogênio no portfólio de produtos da Continental que podem transportar com segurança H2 comprimido sob pressões de até 345 bar.
A jornada é a recompensa do H2
Após a recente criação, nossa dupla dinâmica precisa tomar uma decisão importante: a jornada deve continuar na forma gasosa ou líquida? Porque isso resulta em mais duas propriedades importantes para a infraestrutura de hidrogênio: resistência a temperatura e propriedades antiestáticas. Como gás, os dois são muito reativos e, por isso, não deve haver carga eletrostática ou mesmo faíscas nas linhas e nos tanques. Como os plásticos geralmente são mais suscetíveis a isso do que os metais, como aço ou alumínio, nossos especialistas em materiais também estão trabalhando nos compostos certos, que também são mais leves e flexíveis em termos de roteamento de tubos.
O transporte como líquido é mais seguro do que na forma de gás, mas isso representa novos desafios para o sistema. Para isso, nossa dupla H2 deve ser resfriada a -253 °C e os materiais usados devem ser resistentes à temperatura de forma consistente. Uma vez dentro do veículo, por outro lado, eles esquentam muito, porque a temperatura ambiente pode facilmente chegar a +100 °C ou mais. Essa é a faixa de temperatura com a qual lidamos, ao trabalhar na mistura certa para o transporte de hidrogênio. Mas nem sempre precisa ser tão frio: o H2 também pode ser transportado como fonte de energia na forma de amônia, o composto de hidrogênio e nitrogênio; pois para isso ele requer apenas que as linhas suportem temperaturas de -30 a +50 °C. As soluções para transporte de amônia já fazem parte da linha de produtos da Continental.
Nossa dupla chega a uma etapa importante na jornada no posto de gasolina. Porque aqui a dupla não deve se perder em hipótese alguma. E isso não é tão fácil, afinal, em 0,000000031 mm, o H
2 é a menor molécula com a menor densidade — cerca de 14,4 vezes menos que o ar ambiente. Isso significa que as mangueiras de tanque convencionais feitas de borracha ou silicone fariam com que nossos dois viajantes de hidrogênio evaporassem rapidamente. E isso não seria apenas um desperdício, mas também perigoso em um ponto tão nevrálgico — uma simples faísca poderia causar uma explosão.
Portanto, todos os componentes de transporte e conexão de fluidos, como núcleos de mangueiras, bocais de tanques e acoplamentos, devem ser especialmente impermeáveis. Apesar de ter um baixo nível de permeação, como é pesado e inflexível, o aço não é uma opção. Nossos especialistas em materiais veem a solução para essa situação de aplicação em plásticos de alto desempenho para que possam guiar com segurança e flexibilidade nossos dois átomos de hidrogênio no caminho até o veículo.
O hidrogênio é energia limpa para veículos comerciais
Agora, estamos quase chegando ao destino da jornada do hidrogênio: a célula de combustível no veículo comercial movido a hidrogênio. É aqui que nossos dois companheiros devem se separar novamente após uma longa jornada juntos. Mas somente se nada mais interferir, por exemplo, outras moléculas que eles possam pegar na jornada. Portanto, a limpeza da infraestrutura de hidrogênio é outra meta que nossos engenheiros estão buscando.
Isso ocorre porque os produtos químicos lixiviados das linhas e transportados podem contaminar a membrana de troca de prótons na célula de combustível, causando diminuição do desempenho e desgaste prematuro. Para essa infraestrutura de linha, o portfólio da Continental inclui muitos componentes que já estão em uso, incluindo mangueiras EPDM para resfriamento de chaminés, entrada de ar de alta pureza e linhas de recirculação de hidrogênio, além de produtos para sistema de exaustão e tecnologia de acoplamento.
Mas quando a dupla de hidrogênio chega limpa na célula de combustível sem nenhum companheiro de viagem indesejado, ela é forçada a reagir com o oxigênio em condições controladas. O resultado: muita energia liberada, que impulsiona o veículo. Um pouco de água, que é descarregada para o exterior por meio de um sistema de tubos. E, o mais importante: sem CO2, o que poderia aumentar ainda mais a crise climática.
E é precisamente isso que torna a tecnologia de célula de combustível especialmente interessante para o transporte pesado, que hoje representa cerca de um terço das emissões de CO2 em todo o setor de transporte. Mas também é interessante para outras áreas nas quais o hidrogênio pode tornar possível a mobilidade com emissão zero e de maneira simples para o usuário. Ou seja, sempre que o peso, o alcance e os tempos de recarga desempenharem um papel importante. Isso também inclui aplicações fora de estrada, por exemplo, quando máquinas de construção e mineração às vezes são operadas 24 horas por dia.
Nossos especialistas em materiais estão trabalhando intensamente para tornar essa visão do futuro uma realidade o mais rápido possível. E então, talvez em alguns anos, inúmeras duplas de hidrogênio impulsionarão os caminhões low-loaders, escavadeiras ou máquinas de corte de madeira mais modernas.