O Biohidrogénio - Será o biocombustível do futuro?

Fonte: http://filipedebarros.files.wordpress.com

A utilização intensiva dos combustíveis fósseis tem vindo a diminuir, devido essencialmente às necessidades energéticas mundiais que têm vindo a aumentar exponencialmente. Como sabemos, as reservas da energia fóssil estão a esgotar-se.

Deste modo, existe cada vez mais a necessidade de recorrer a energias alternativas para satisfazer as necessidades da população mundial.

Actualmente enfrentamos uma transição entre as energias fósseis (com impactes ambientais consideráveis, devido principalmente às emissões de CO₂) para as energias alternativas renováveis.

Surge assim, como alternativa energética o hidrogénio (H₂).

Na exploração de fontes alternativas e mais sustentáveis de energia, o hidrogénio é considerado um vector energético viável (Kapdan e Kargi 2006).

O hidrogénio é o elemento químico mais simples e mais abundante no Universo, tem um elevado conteúdo energético (143 KJ/g), que é cerca de 2.75 vezes superior ao dos hidrocarbonetos pesados, e a sua utilização como energia alternativa sustentável apresenta um grande potencial, pois tem zero emissões de gases nefastos para o ambiente, formando apenas água quando ocorre a sua combustão.

Para a produção de hidrogénio existem vários métodos que podem ser utilizados, tais como:

1. Produção a partir de combustíveis fósseis e de biomassa agrícola ou florestal;
2. Produção a partir da água por métodos “não-biológicos” (processos térmicos, termoquímicos, electrólise ou fotoelectrólise da água);
3. Produção biológica de hidrogénio (produção de H₂ através da fermentação de compostos orgânicos ou fotoprodução de H₂ por microrganismos).

A produção biológica de hidrogénio a partir de biomassa e/ou da fracção biodegradável de resíduos, para utilização de biocombustíveis, é também denominado de Biohidrogénio (DL 62-2006 de 2 1 /3).

Existem vários tipos de microrganismos que podem ser utilizados para a produção de H₂, tais como: os anaeróbios, aeróbios, bactérias fotossintéticas e cianobactérias.

Uma das vantagens da produção de hidrogénio por via biológica, relativamente aos processos químicos convencionais, é a capacidade dos microorganismos seleccionarem o seu substrato, mesmo quando este se encontra numa mistura de outros compostos.

Outra das vantagem deste processo, é que as temperaturas e pressões de operação são muito similares à temperatura e pressão atmosféricas.

Os grandes bio-processos utilizados para a produção de hidrogénio podem ser classificados em três categorias principais:

1. Bio-fotólise da água por algas.

2. Dark-Fermentation durante a fase acidogénica da digestão anaeróbia da matéria orgânica.

3. Processos de duas etapas, dark e photo-fermentation.

A Bio-fotólise a partir de água por algas, consiste na separação das moléculas de água em iões de oxigénio e hidrogénio (via fotossíntese). Os iões de hidrogénio assim formados são convertidos em hidrogénio molecular pela enzima hidrogenase.

Contudo, este processo apresenta algumas limitações (a inibição da enzima hidrogenase, em presença do oxigénio e o facto de não utilizar resíduos como substrato – (Kapdan e Kargi, 2006)).

Em relação a este último aspecto, a foto fermentação no escuro é considerada vantajosa, devido ao facto da produção de hidrogénio poder ser realizada a partir de resíduos, associando dois factores: a produção de “energia limpa” e o tratamento de um efluente (Kapdan e Kargi, 2006).

Na digestão anaeróbia de matéria orgânica, o H₂ é produzido por organismos quimio-organotróficos que utilizam substratos orgânicos como fonte de carbono.

Na produção de H₂ por fermentação resultam compostos (subprodutos) cujas concentrações e taxas de produção dependem de parâmetros físico-químicos, como as concentrações de biomassa e de substrato, pH e temperatura do processo (Drapcho e colaboradores, 2008).

Já a combinação de dark com a foto fermentação num sistema híbrido de duas etapas poderá melhorar os rendimentos totais. Na primeira etapa, numa dark fermentation termófila a biomassa é metabolizada, com produção de acetato, dióxido de carbono e hidrogénio. Num foto-reactor separado, o acetato é então convertido em mais hidrogénio e dióxido de carbono.

Esquema dos vários tipos de Bio-processos. Fonte: (Kotay e Das,2007)

A produção de Bio-hidrogénio é viável e está demonstrada, mas ainda não existe tecnologia comercialmente disponível, e há várias questões práticas relacionadas com a possibilidade do desenvolvimento de aplicações comerciais.

Um dos cenários que se apresenta promissor a nível da produção de hidrogénio é a sua associação à geração descentralizada de energia, acoplando produção e utilização in-situ.

Aplicações

Entre as múltiplas aplicações práticas do H₂ como fonte de energia/combustível, destaca-se a indústria automóvel.

Várias empresas deste ramo, como por exemplo a Opel e a Daimler-Chrysler, têm desenvolvido protótipos.

Outras das aplicações possíveis são: a produção de amónia, a hidrogenação de gorduras vegetais, produção de gás para maçarico para soldas a altas temperaturas, a produção de combustível para vaivéns espaciais, a produção de ácidos, produção de células de combustível e utilizado como meio refrigerador em geradores eléctricos e em processos de hidrogenação.

Nos últimos anos, as várias técnicas de produção de hidrogénio têm suscitado o interesse da comunidade científica e da indústria de combustíveis e de transportes. Enquanto cientistas e técnicos aperfeiçoam diferentes métodos de produção, armazenamento e transporte do hidrogénio, a indústria testa protótipos que o utilizam como combustível.

Em conclusão, podemos dizer que o hidrogénio poderá tornar-se uma alternativa viável para substituição dos combustíveis fósseis. Esta transição será demorada e enfrentará diversos desafios tecnológicos e políticos.

A produção biológica do hidrogénio é eficiente, ocorre a baixas temperaturas e produz poucos compostos indesejáveis.

A engenharia genética poderá contribuir com o desenvolvimento de novos sistemas biológicos mais eficientes, aumentando a viabilidade do Biohidrogénio.

O maior obstáculo na utilização de hidrogénio como combustível, é a sua indisponibilidade na natureza e a necessidade de encontrar métodos de produção a baixos custos.