Essa novidade vem do Egito. Produzir hidrogênio “verde” sem necessidade de água doce deixou de ser ficção científica: pesquisadores daquele país conseguiram isso extraindo umidade do ar no meio do deserto. O custo que atingiram —US$ 4,7 por kg— coloca essa tecnologia perto do limite em que o hidrogênio “verde” começa realmente a competir com os combustíveis fósseis.

da Redação

Se você vive em um mundo onde a descarbonização dos meios de transporte e da indústria depende da viabilidade do hidrogênio, esta pesquisa agrada você de maneira direta: ela resolve o maior gargalo geográfico do setor. Mas há um detalhe sobre a eficiência real do protótipo —e a diferença entre o uso prático e o laboratório— que muda completamente a interpretação da notícia.

No mundo real, alguns modelos de carros já são disponíveis a hidrogênio: Toyota Mirai, um dos sedãs a hidrogênio mais populares e vendidos do mundo, com forte presença em mercados da Ásia, Estados Unidos e Europa, e Hyundai Nexo, um SUV médio que se destaca pela alta autonomia e por purificar o ar enquanto roda, usado também em projetos de pesquisa no Brasil. Há ainda o Honda CR-V/Clarity Fuel Cell e o BMW iX5 Hydrogen.

Existe uma contradição que, durante anos, tem impedido o avanço de um dos projetos energéticos mais promissores de nosso tempo. Os lugares mais ensolarados do planeta —como o Norte da África, o Oriente Médio, os desertos australianos e outros pontos— são também aqueles com menos água doce disponível. E há o hidrogênio “verde”, combustível limpo que pode descarbonizar a indústria e o transporte, mas que precisa de água. Muita água. Mais especificamente, cerca de 9 kg de água de alta pureza para cada kg de hidrogênio produzido. É como ter a melhor terra do mundo para agricultura, mas sem poder irrigá-la…

Um grupo de pesquisadores egípcios resolveu enfrentar essa contradição de frente e encontrou uma resposta que soa como um paradoxo resolvido. Eles desenvolveram um sistema capaz de produzir hidrogênio verde usando a umidade do ar como fonte de água. Não água de rio, nem de poço, nem dessalinizada. Simplesmente o vapor que respiramos, aquele que no Cairo, mesmo nos dias mais secos, mantém cerca de 38% de umidade relativa. Com isso, e eletricidade renovável, eles produziram hidrogênio. Publicaram suas descobertas na revista Scientific Reports, e os números são difíceis de ignorar: até 87,8% de eficiência teórica e custo de US$ 4,70 por kg (R$ 24 reais).

Hoje, em média, com 1 kg de hidrogênio é possível que um carro rode entre 100 e 140 km, dependendo da eficiência do veículo e das condições de uso. Para rodar 100 km, com consumo de 10 km/litro de gasolin , seriam necessários hoje no Brasil cerca de 10 litros, o que significa R$ 65. Ou seja, rodar 100 km com hidrogênio custaria R$ 45 a menos do que com gasolina. Isso em termos médios.

O estudo foi conduzido por pesquisadores da Ain Shams University e da Egyptian Chinese University (Universidade Chinesa-Egípcia), ambas no Cairo. Eles exploraram duas abordagens diferentes para atingir o mesmo objetivo. A primeira é chamada de eletrolisador de ar direto (DAE). Imagine uma esponja porosa embebida em ácido sulfúrico, material que absorve espontaneamente a umidade do ar sem a necessidade de ventiladores ou bombas. A eletrólise ocorre entre essa esponja e os eletrodos: a eletricidade quebra as moléculas de água, separando o hidrogênio do oxigênio. O segundo sistema é mais convencional: um desumidificador condensa a umidade do ar em água líquida, que então alimenta um eletrolisador alcalino tradicional.

O protótipo

A equipe de pesquisa não se limitou à teoria. Eles construíram um protótipo de eletrolisador de ar direto no laboratório de engenharia mecânica da Universidade Ain Shams. O protótipo consiste em quatro módulos conectados em paralelo, eletrodos de aço inoxidável 904L e um sistema de controle que integra sensores de umidade e temperatura, regulagem de corrente PID (que monitora vários padrões) e monitoramento SCADA (solução de software e hardware usada para monitorar e controlar processos industriais e de infraestrutura em tempo real), permitindo que o sistema opere de forma autônoma.

Os resultados experimentais confirmaram a produção de hidrogênio: observaram as bolhas subirem e as coletaram. O protótipo operou com voltagens entre 1,82 e 1,95 volts por módulo. Mas os próprios pesquisadores são honestos sobre o que isso significa. A eficiência alcançada de 87,8% é um limite teórico, calculado usando eletrodos de platina, material de referência em eletroquímica. Com o aço inoxidável usado no protótipo, essa eficiência cai para uma faixa realista entre 81,1% e 83,9%. Ainda é um número notável, mas não é mágica. É engenharia pura.

US$ 4,7 por kg?

A análise técnico-econômica do estudo é talvez a parte mais interessante para aqueles que consideram a aplicação prática dessa tecnologia. Para uma instalação capaz de produzir uma tonelada de hidrogênio por dia, os pesquisadores calcularam o custo de US$ 4,70 por quilograma usando o sistema de eletrólise direta do ar. Quando os custos totais de manutenção, reposição de eletrólito e degradação a longo prazo são incluídos, o valor sobe para aproximadamente US$ 5,80 por kg, ainda assim muito interessante.

Para colocar isso em perspectiva, o hidrogênio “verde” produzido por eletrólise convencional na Europa custa cerca de US$ 4 a US$ 6 por kg, dependendo do preço da eletricidade. O hidrogênio “cinza”, produzido a partir de gás natural sem captura de carbono, custa entre US$ 1 e US$ 2. Portanto, esse sistema egípcio não vai competir com o hidrogênio fóssil em preço, mas esse não é o ponto principal. Trata-se de produzir hidrogênio em locais onde não há água, e fazer isso sem competir com a água potável que as pessoas precisam. Esse é o verdadeiro valor da proposta.

O próprio estudo aponta as limitações. O protótipo é pequeno, apenas um modelo de laboratório. Os pesquisadores reconhecem que ainda é necessária uma caracterização experimental mais abrangente: medições precisas da produção de hidrogênio, eficiência faradaica (aquela gerada direto por uma reação química de oxirredução -redox- na superfície de um eletrodo), pureza do gás e comportamento a longo prazo. Também é necessário testar o sistema em maior escala e desenvolver eletrólitos higroscópicos alternativos que sejam mais baratos e mais estáveis ​​do que o ácido sulfúrico.

Uma pergunta paira, literalmente: quanta umidade pode ser extraída de um ambiente antes que o sistema pare de funcionar? No Cairo, com 38% de umidade relativa, o ar contém água, mas não muita. O sistema DAE (do inglês Direct Air Electrolysis ou Eletrólise Direta do Ar), segundo cálculos, poderia operar em condições ainda mais secas. Pesquisadores da Universidade de Melbourne, na Austrália, pioneiros nessa tecnologia, demonstraram que ele funciona até mesmo com 4% de umidade, algo que parece impossível até se ver em ação. Mas extrair água de ar quase seco exige muita energia e grande superfície de contato. A eficiência real no deserto provavelmente será menor do que em laboratório.

Mesma ideia, em várias partes do mundo

Este não é um esforço isolado. A Universidade de Melbourne trabalha há anos em eletrolisadores de ar direto, com protótipos que produzem 745 litros de hidrogênio por dia por metro quadrado de cátodo, alimentados exclusivamente por energia solar. O impacto do trabalho egípcio reside na adição de uma análise técnico-econômica mais rigorosa, algo frequentemente ausente em pesquisas acadêmicas sobre tecnologias emergentes. E isso ocorre em uma região do mundo onde o problema da água não é uma preocupação abstrata, mas uma realidade cotidiana.

O que esses pesquisadores demonstraram é que a umidade atmosférica, um recurso que sempre consideramos garantido, pode se tornar a matéria-prima para um combustível limpo. Não resolverá a crise energética amanhã e não tornará o hidrogênio “verde” mais barato que o gás natural na maioria dos lugares. Mas abre uma porta que até então parecia fechada: a possibilidade de produzir hidrogênio em qualquer lugar do planeta, mesmo onde não chove e a água é um artigo de luxo.