Entra em operação na USP a primeira planta de conversão de hidrogênio a partir do etanol do mundo

Nas próximas semanas entrará em operação, no campus Capital-Butantã da Universidade de São Paulo (USP), a primeira estação de abastecimento de hidrogênio renovável a partir do etanol do mundo.

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) entre terça-feira (05/11) e ontem (07/11).

“Estamos inaugurando, agora, nosso reformador de hidrogênio. A partir da próxima semana, 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 na Escola Politécnica (Poli-USP). O RCGI é um dos CPEs financiados pela Fundação em parceria com empresas.

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. Um dos ônibus foi usado para levar os visitantes até a estação na última terça-feira (05/11).

“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.

Custo competitivo

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.

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 de uma tecnologia desenvolvida pela Raízen, 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.

Emergência climática

Em sua sétima edição, o objetivo da ETRI 2024 foi discutir os desafios e as soluções inovadoras para a mitigação das emissões de carbono, unindo academia, indústria, governo e sociedade para promover uma transição energética sustentável e justa, sublinhou Karen Mascarenhas, coordenadora da conferência.

“Mais de 500 participantes, oriundos da academia, de empresas e do governo, se inscreveram no evento com o objetivo de acelerar a transição energética e reduzir as emissões dos gases de efeito estufa. Inspirados pela urgência de agir frente aos eventos climáticos extremos que vivenciamos ultimamente, trazemos a ciência e inovação para gerar impacto positivo e tangível para a sociedade”, acrescentou.

O presidente da FAPESP, Marco Antonio Zago, enfatizou que a instituição tem uma longa história de compromisso com essa pauta, exemplificado pelo financiamento ao RCGI e por três programas estratégicos, criados há mais de 20 anos: o BIOTA, o BIOEN e o Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais (PFPMCG). Mas ponderou que é preciso fazer mais.

“Apesar dessa diversidade de iniciativas, projetos e programas atuais, eles provavelmente são ainda insuficientes. É necessário ser mais ambicioso e audacioso. É premente aumentar a interação e a comunicação entre esses múltiplos centros de pesquisa e iniciativas”, sublinhou.  Agência FAPESP