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Sumário Hidrogênio...........................................3 Separação do hidrogênio..........................................5 combustível do futuro...................................................6 Cronograma do uso de hidrogênio...........................................7 vantagens e desvantagens......................................8 Bomba de hidrogênio...........................................9 Impacto ambiental.......................... 11 Custo do hidrogênio........................12 Bibliografia.......................................13
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Hidrogênio O hidrogênio é um elemento químico que foi descoberto por Henry Cavendish no ano de 1766. Tem o número atômico 1 e representado pelo símbolo H. Com uma massa atômica de aproximadamente 1,0 u, o hidrogênio é o elemento menos denso. O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, e também o elemento químico mais leve que existe. Ele é utilizado como combustível para foguetes e está presente na molécula da água. O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, ele não existe no seu estado puro mas podendo ser gerado através de processos e de fontes de energia. Na terra ele é somente um portador de energia com um elevado potencial de aplicação.Ele pode ser convertido diretamente em eletricidade através de células de combustível com elevado combustível e pouco impacto ambiental. O hidrogênio está inserido no cotidiano através de muitos produtos industrializados. As seguintes aplicações em pequena escala demandam hidrogênio (até cerca de 30 kg/h):
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Atmosfera controlada de fornos para a indústria metalúrgica: Recozimento; Sinterização; Redução; Atmosferas Protetoras; Acabamento em peças metálicas através de rebarbamento explosivo; Hidrogenação de gorduras e óleos na indústria petroquímica, química e alimentícia; Produção de "suavisadores artificiais", para a produção de produtos como creme dental e outras especialidades químicas; Produção e corte de vidro laminado (gás verde ou mistura N2 + H2); Produção, corte e soldagem de vidros especiais (quartzo, fibras óticas); Soldagem e corte de metais nobres; Arrefecimento de geradores elétricos de elevada potência; Insumo químico para indústria farmacêutica; Combustível hipergólico para aplicações aeroespaciais; Elaboração de misturas gasosas para usos veiculares; Vetor energético para geração de energia elétrica veicular, estacionária ou portátil. 5
Separação do Hidrogênio Para separar o hidrogênio da água é preciso fazer dispêndio de energia e toda energia deveria ser armazenada no hidrogênio, mas como em todas separações de energia, ocorrem perdas na transformação de energia. Quase todo o hidrogênio hoje é obtido a partir de combustíveis fósseis. Os processos de produção são: - Separação com vapor de gás natural; - Oxidação parcial de gás natural; - Gasificação de carvão; - Gasificação de biomassa; - Eletrólise com eletricidade obtida em: - centrais térmicas (carvão, fuel, gás natural, nuclear, etc.); - energias renováveis (eólica, energia solar fotovoltaica,energia solar térmica, ondas, etc.); -Ciclos termoquímicos de alta temperatura: - solar térmica; - nuclear; - Produção biológica. Eletrólise (é possível obter hidrogênio com elevado grau de pureza). 6
Combustível do Futuro O hidrogênio é considerado o combustível do futuro pois é uma fonte de energia renovável e não poluente, que trará muitos benefícios principalmente para o meio ambiente. No estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro e insípido, e quando é queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. O hidrogênio é um composto com grande capacidade de armazenar energia e com baixo peso molecular por esse motivo que é utilizado em foguetes e cápsulas espaciais que requerem combustíveis de baixo peso e com grande capacidade de armazenar energia. Pode também ser gerado pela gaseificação do bagaço da cana de açúcar. Segundo o site Brasil Escola: “Estudos revelam que o hidrogênio será fundamental na produção energética mundial dos próximos anos, devido às emissões de gases do efeito estufa na atmosfera e o aquecimento global, que precisam urgentemente de redução.” 7
Cronograma para o uso do hidrogênio como fonte de energia e combustível: 2002 a 2020 Prazo Cenário Previsto 5 anos Indústria automobilística lança em escala pré-comercial protótipos de veículos movidos a hidrogênio; cresce o número de aparelhos eletrônicos que utilizam a energia gerada a partir de hidrogênio.
10 anos Geradores de energia à base de hidrogênio são instalados em unidades residenciais e empresas; começa a produção comercial de veículos que utilizam esse tipo de combustível. 20 anos A utilização do hidrogênio é disseminada por toda a sociedade, tanto como combustível quanto na geração de energia. O uso massificado do elemento reduz os custos de implantação dos sistemas.
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Vantagens e desvantagens do Hidrogênio 1 - Veículos movidos a hidrogênio não terão motor à combustão. Os motores serão elétricos, o que evitará a poluição do meio ambiente. 2 - O processo de geração de energia é descentralizado. Não será necessário construir hidrelétricas gigantescas, como Itaipu. O hidrogênio pode ser produzido a partir de várias fontes: água, combustíveis fósseis e biomassa. Essa produção pode ainda ser feita com o aproveitamento da energia solar ou eólica. 3 - O Hidrogênio é uma energia renovável que não polui. 4 - A geração de energia por meio de pilhas a combustível é pelo menos duas vezes mais eficaz do que a obtida pelos processos tradicionais. Desvantagens 1. Tecnologia dispendiosa; 2. Não se encontra isolado na Natureza; 3. Dependência de hidrocarbonetos, petróleos e seus derivados; 4. Inexistência de boa relação preço-eficiência; 5. Necessidade de utilização de metais nobres; Problemas e custos associados ao transporte e distribuição 9
Bomba de Hidrogênio A bomba de hidrogênio é o mais poderoso explosivo criado pelo homem. A sua força pode chegar a 50 vezes a de uma bomba atômica como as que foram lançadas sobre o Japão e a reação é a mesma que ocorre espontaneamente no interior de estrelas como o sol. Ao contrário do que ocorre na fissão nuclear quando átomos pesados de urânio se quebram liberando grandes quantidades de energia, na fusão nuclear os átomos de hidrogênio (deutério e trítio) se unem para liberar energia. A diferença é que enquanto a fissão nuclear libera cerca de 10% da energia contida no núcleo dos átomos, a fusão pode liberar cerca de 40% dessa energia. Mas para isso ocorrer é necessário temperaturas muito altas a fim de iniciar o processo de fusão. Por isso, a reação de fissão nuclear é usada como um “gatilho” gerando grandes quantidades de energia que irão desencadear a reação de fusão.
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A fusão termonuclear que ocorre na bomba de hidrogênio pode ser representada da seguinte maneira: 2,1H + 3,1H = 4,2He + 1,0n. Quem teve a ideia de construir uma bomba por fusão termonuclear foi o físico Edward Teller. Que na época deixava de trabalhar no famoso Projeto Manhattan para investir em um artefato que ele sabia ter um potencial destruidor várias vezes maior que o das bombas lançadas sobre o Japão. No dia 1º de novembro de 1952 foi feita a primeira e única detonação de uma bomba de Hidrogênio da história no atol de Eniwetok . Nesse experimento a bomba de Hidrogênio teve um poder de explosão de 10 milhões de toneladas de TNT. Link para um vídeo de como é a bomba de hidrogênio: https://www.youtube.com/watch?v=RQ2I7H2cQmY
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O impacto ambiental do hidrogênio Pesquisadores do California Institute of of Technology (Caltech) e do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA publicaram um artigo no qual afirmaram que o hidrogênio pode traz impactos negativos a atmosfera. O artigo intitulado "Potential Environmental Impact of a Hydrogen Economy on the Stratosphere" (Science, v.300, n.5626, pp.1740-1742) mostra os resultados de análises climáticas utilizando um modelo próprio desenvolvido pelo Caltech e JPL. Pesquisadores disseram que se todas as tecnologias de combustão fossem substituídas por células a combustível de hidrogênio e havendo emissões fugitivas desse gás da ordem de 10 a 20 % as emissões totais para a atmosfera estariam entre 60 e 120 Tg ao ano. As possíveis implicações dessas emissões seriam o resfriamento da estratosfera, intensificação da destruição da camada de ozônio, aumento de nuvens de partículas cobertas de gelo, mudanças na química da troposfera e nas interações entre a atmosfera e a biosfera. 12
O Custo do Hidrogênio A maneira mais econômica e viável para se produzir hidrogênio é pela reforma de vapor. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, em 1995 o custo estava em US$7,39 por milhão de BTU (US$7,00 por gigajoule) em plantas de grande escala. Este cálculo assume o custo do gás natural de US$2,43 por milhão de BTU (US$2,30 por gigajoule). Isto equivalente a US$0,93 por galão ($0,24 por litro) de gasolina. A produção de hidrogênio por eletrólise utilizando hidroeletricidade, considerando taxas de horários de baixo consumo, custa entre US$10,55 e US$21,10 por milhão de BTU (US$10,00 a US$20,00 por gigajoule).
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http://www.hytron.com.br/site/index.php?option=com_content &view=article&id=106&Itemid=62&lang=pt http://www.brasilescola.com/quimica/combustivelhidrogenio.htm http://www.gazetadefisica.spf.pt/magazine/article/478/pdf
http://www.infoescola.com/fisica/bomba-de-hidrogenio/ http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/ http://www.mma.gov.br/clima/energia/energiasrenovaveis/hidrogenio www.faperj.br http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/gashidrogenio/index.php http://www.ifi.unicamp.br/ceneh/boletim/boletim8/boletim8.ht m
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