Armazenamento de Hidrogênio – O Combustível de Jato à Base de Lignina é a Resposta?

Fazendo o Hidrogênio Funcionar

A eletrificação com baterias pode não ser suficiente para substituir os combustíveis fósseis no transporte, especialmente no transporte marítimo e aéreo. O mesmo pode ser dito para processos industriais que exigem temperaturas muito altas. Mesmo com as recentes melhorias na tecnologia de baterias, a eletricidade é difícil de armazenar sem baterias pesadas ou muito grandes.

Uma alternativa considerada há muito tempo tem sido o hidrogênio. Como o hidrogênio verde pode ser produzido a partir de energia renovável, seria uma boa forma de converter energia verde em combustível líquido denso.

No entanto, o hidrogênio verde ficou atrás de outras soluções verdes por 2 razões: a produção de hidrogênio é cara e o armazenamento de hidrogênio é difícil.

A questão da produção está sendo abordada de várias maneiras, partindo da eletrolise tradicional da água, como, por exemplo, fotossíntese artificial, micro-ondas e óxido de cério, ou eletrolise à base de níquel, usando cavacos metálicos.

O armazenamento é uma questão mais complicada, pois o hidrogênio é muito volátil, inflamável e difícil de conter, já que é o menor átomo possível. Por isso é significativo que os cientistas possam ter feito uma descoberta nesse assunto.

Os pesquisadores da Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven e Natural Resources Canada publicaram seus resultados no International Journal of Hydrogen Energy, sob o título “In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier”¹.

Armazenamento e Transporte de Hidrogênio

O gás hidrogênio é uma das menores moléculas do Universo, sendo composto por apenas dois dos átomos mais leves da tabela periódica. Como resultado, tende a apresentar algumas características indesejáveis para um portador de energia:

• Baixa densidade.
• Volátil e inflamável.
• Difícil de conter, pois vaza entre as ligações moleculares de seu recipiente.

Todos esses aspectos do hidrogênio tendem a tornar seu armazenamento e transporte caros e tecnicamente complexos.

A tendência de reagir ao aço e torná-lo quebradiço também não ajuda, pois implica a necessidade de um duto especializado para hidrogênio para transporte de longa distância, em vez da rede de dutos mais barata usada pelo gás natural.

Uma ideia para evitar esses problemas é converter o hidrogênio em amônia, um combustível líquido muito mais fácil de manusear. No entanto, isso reduz a eficiência geral do processo. Uma economia baseada em amônia também precisaria de sua própria infraestrutura construída do zero.

Combustível à Base de Lignina

Uma nova alternativa proposta pelos pesquisadores é usar um combustível experimental à base de lignina, um polímero orgânico encontrado nas plantas. O combustível foi desenvolvido no laboratório do Prof. Bin Yang e analisado com ressonância magnética nuclear (RMN) no Pacific Northwest National Laboratory.

Fonte: Washington State University

Isso foi desenvolvido anteriormente e provou que resíduos vegetais da agricultura poderiam ser transformados em combustível de aviação sustentável. Essa mistura de combustível também era mais densa em energia do que os produtos baseados em combustíveis fósseis, e também reduzia a poluição ao substituir as moléculas aromáticas (ciclos de carbono) normalmente adicionadas ao combustível de aviação.

Fonte: International Journal of Hydrogen Energy

Combustível de Lignina Transportando Hidrogênio

A nova pesquisa provou que este combustível de aviação sustentável à base de lignina pode ser usado como transportador de hidrogênio, sem exigir mudanças químicas que desperdicem energia como na produção de amônia.

Ele funciona fazendo com que o combustível de jato à base de lignina (LJF) libere os átomos de hidrogênio contidos nele (mono-, di- e triciclohexilalcanos) quando exposto a nanopartículas de platina em aluminosilicato cristalino.

Os pesquisadores chamaram esse processo de Transportador Orgânico Líquido de Hidrogênio baseado em Combustível de Jato de Lignina (LJF-HyC).

A parte do combustível de jato à base de lignina que transporta hidrogênio foi estimada por ressonância magnética nuclear (RMN) em 18,5% do total.

“Esta nova tecnologia baseada em combustível de jato de lignina pode viabilizar o armazenamento eficiente e de alta densidade de hidrogênio em um combustível de aviação sustentável de fácil manuseio, eliminando a necessidade de tanques pressurizados para armazenamento e transporte.”

Prof. Bin Yang – Professor da Washington State University

Usando a Infraestrutura Existente

O que torna esse processo interessante é que já existe uma infraestrutura massiva para transportar combustível de jato e outros combustíveis líquidos semelhantes. Portanto, em vez de tentar armazenar e transportar hidrogênio puro, o LJF poderia ser usado para transportar hidrogênio do ponto A ao ponto B.

Ele também poderia ser usado facilmente para armazenar hidrogênio, já que o armazenamento de combustível de jato é comumente utilizado e econômico.

“Esta inovação oferece oportunidades promissoras de compatibilidade com a infraestrutura existente e viabilidade econômica para produção escalável.

Pode ajudar a criar um sistema sinérgico que aumente a eficiência, segurança e benefícios ecológicos tanto do combustível de aviação sustentável quanto das tecnologias de hidrogênio.

Prof. Bin Yang – Professor da Washington State University

O próximo objetivo dos pesquisadores é projetar um catalisador impulsionado por IA que melhore e complete as reações de hidrogenação, tornando-as mais eficientes e econômicas.

Empresa de Hidrogênio

Plug Power (PLUG ) é líder em hidrogênio verde, com foco em células de combustível. Notavelmente, suas células de combustível alimentam mais de 40.000 empilhadeiras, com receitas multiplicadas por 8 desde 2013. Também está ativa na construção de infraestrutura de hidrogênio, como produção de hidrogênio, logística, geração de energia em escala utilitária e entregas.

Fonte: Plug Power

A empresa está buscando escala para reduzir os custos de produção de US$10/kg para US$4/kg, enquanto multiplica a produção em 14 vezes até 2027.

Fonte: Plug Power

Devido a investimentos massivos para aumentar a capacidade de produção em 19 vezes desde 2020, a empresa ainda não é lucrativa. Isso levou a quase dobrar a receita do início ao fim de 2023. A maior parte dos negócios atuais e projetados deve vir da América do Norte.

A empresa vê suas soluções como um combustível de mobilidade direto ou como complemento aos veículos elétricos, já que o hidrogênio permite reduzir a pressão na rede devido ao pico de carregamento dos VEs que não coincide com os períodos de produção de renováveis ao longo do dia.

Fonte: Plug Power

Como grande produtora de células de combustível, a Plug Power se beneficiaria fortemente de uma transição para uma economia baseada em hidrogênio. O surgimento de um transportador de hidrogênio barato e seguro melhoraria radicalmente a economia de usar hidrogênio como fonte de combustível.

Portanto, isso torna a Plug Power uma boa ação para apostar em uma mudança geral rumo ao hidrogênio, com crescimento na demanda por suas células de combustível cada vez que um método mais barato de produzir, armazenar ou transportar hidrogênio é inventado.

Referência do Estudo:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier. International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 janeiro de 2025, Pages 1275-1282}