Hidrogênio como combustível para motores de combustão interna

Hidrogênio como combustível para motor de combustão interna

Karine Natani Lupatini¹, Marinez Carpiski²

Resumo: O hidrogênio é considerado o combustível do futuro por ser uma fonte de energia renovável, inesgotável e não poluente. Traz benefícios ambientais, pois em sua combustão gera apenas vapor de água como subproduto e não compostos de carbono que causam a emissão de gases de efeito estufa. Trata-se de um recurso ilimitado, porém, não encontra-se na natureza em seu estado primário, sendo necessário procedimentos para sua obtenção. A injeção de hidrogênio em motores de combustão interna surge como uma oportunidade de aplicação imediata para este combustível, tornando-se favorável ao uso como combustível devido às suas propriedades: Alta inflamabilidade; Baixa energia de ignição; Alta temperatura de auto-ignição; Alta velocidade de chama; Alta difusividade e Baixa densidade.

Palavras-chave: biocombustível, combustível renovável, blend.

Introdução

O aquecimento global é uma das maiores preocupações atuais enfrentadas pela comunidade científica, sendo provocado pela liberação de gases tóxicos na queima de combustíveis fósseis. Esta liberação de gases é proveniente da queima, muitas vezes incompleta por motores veiculares, estacionários e plantas industriais.

A preocupação em reduzir o consumo de recursos provenientes de origens fósseis e as rigorosas restrições ambientais fizeram com que a demanda por melhoria na eficiência dos motores de combustão interna crescessem nos últimos anos (BORETTI, 2010).

É neste contexto que o hidrogênio tem sido apontado como um grande vetor energético, devido ao fato de possuir alta inflamabilidade, baixa energia de ignição, alta temperatura de auto-ignição, alta velocidade de chama, alta difusividade e baixa densidade (LANZ et al., 2001). Tais propriedades tornam o hidrogênio um combustível fortemente favorável e alternativo aos empregados atualmente.

A economia do hidrogênio está baseada na sua produção e aplicação, e os gargalos nas diversas linhas de produção e uso deste insumo são numerosos. O uso de hidrogênio em motor de combustão interna é apresentado como uma oportunidade de aplicação imediata deste combustível. Uma pequena quantidade de hidrogênio misturado com a gasolina e ar produz uma mistura combustível, o que pode ser queimado em motores de combustão interna, com uma relação abaixo do limite de inflamabilidade de uma mistura de ar/gasolina. A operação de motores com misturas de combustível pobre tem uma série de características positivas. Ela pode, em princípio, proporcionar uma elevada eficiência térmica, baixa probabilidade de uma detonação do motor, redução das emissões de NOx e especialmente permite o uso de taxas de compressão mais elevadas, enquanto simultaneamente reduz a transferência de calor desperdiçado no cilindro de combustão (YOUSUFUDDIN, 2012).

Revisão bibliográfica

A deficiência nos sistemas de transporte coletivo proporcionou o aumento da motorização individual, e o nível de emissão de poluentes provenientes da queima geralmente incompleta, dos combustíveis em sua maioria de origem fóssil como a gasolina e o petróleo.

Com o objetivo de reduzir tais emissões o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) criou os programas PROCONVE para automóveis e PROMOT para motocicletas para o controle da poluição do ar por veículos automotores. Os programas fixam prazos, limites máximos de emissão e estabelecem exigências tecnológicas para veículos automotores, nacionais e importados (IBAMA, 2014).

 Na Tabela 1 constam os limites máximos de emissão de poluentes estabelecidos mais recentemente, na fase L-6 do PROCONVE para veículos leves de passageiros.

Tabela 1 - Limites máximo de emissão de poluentes para veículos automores – Veículos leves           de passageiros.

POLUENTES	LIMITES
Fase L-6(1) A partir de 1º/1/2014
Monóxido de carbono (CO em g/km)	1.30
Hidrocarbonetos (HC em g/km)	0.30(2)
Hidrocarbonetos não metano (NMHC em g/km)	0.05
Óxidos de nitrogênio (NOx em g/km)	0.08
Material particulado(4) (MP em g/km)	0.025
Aldeídos(3) (CHO em g/km)	0.02
Emissão evaporativa (g/ensaio)	1.5(6) ou 2.0(5)(6)
Emissão de gás no cárter	nula

Fonte: Adaptado de IBAMA, 2014.

Nota: (1) Em 2014 – para todos os novos lançamentos;

     A partir de 2015 – para todos os veículos comercializados;

(2) Aplicável somente a veículos movidos a GNV;

(3) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol;

(4) Aplicável somente a veículos movidos a óleo diesel;

(5) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável;

(6) Aplicável a todos os veículos a partir de 1º/1/2012.

As crises energéticas e questões ambientais fizeram com que os estudos em busca de fontes que tenham capacidade de suprir a demanda energética mundial com menor grau de poluição ganhassem intensidade. Neste sentido, o hidrogênio (H2) é amplamente considerado como um combustível alternativo aos empregados atualmente, e atraente para os motores de combustão interna, nos quais pode ser utilizado sem grandes alterações em sua concepção, possibilitando uma queima mais eficiente e, consequentemente, reduzindo a emissão de gases poluentes como CO2 e CH4, potenciais gases do efeito estufa.

O hidrogênio como combustível

O hidrogênio é apontado como um grande vetor energético, porém Sodré et al., (2013) afirmam a existência de muitos gargalos a serem tratados, em diversas linhas de produção e aplicação deste insumo. A injeção de hidrogênio em motores de combustão interna surge como uma oportunidade de aplicação imediata para este combustível. O hidrogênio torna-se favorável ao uso como combustível devido às suas propriedades, Lanz et al., (2001) cita-as: Alta inflamabilidade; Baixa energia de ignição; Alta temperatura de auto-ignição; Alta velocidade de chama; Alta difusividade e Baixa densidade.