O hidrogênio enfrenta desafios ao competir com os veículos elétricos a bateria

A Mission Hydrogen organizou recentemente um webinar sobre energia elétrica a bateria (BE) e suas perspectivas — uma iniciativa que David Wenger, fundador e CEO, comentou que pode parecer incomum para a organização aos participantes.

“Obrigado a todos os patrocinadores que podem ficar chocados ao saber que estamos fazendo um webinar sobre baterias”, brincou ele em seu discurso de abertura.

O objetivo do webinar, no entanto, era informar os “evangelistas do hidrogênio” sobre as últimas novidades em tecnologia de baterias, que muitas vezes competem com o hidrogênio em mobilidade e eletricidade estacionária.

Maximilian Fichtner, diretor do Centro de Armazenamento de Energia Eletroquímica de Ulm-Karlsruhe (CELEST), na Alemanha, falou sobre o tema. Embora algumas de suas observações tenham se referido a veículos elétricos (BE) no setor automotivo, seus comentários poderiam ser facilmente extrapolados para incluir veículos comerciais e equipamentos industriais.

Na primeira parte de sua apresentação, Fichtner se concentrou na avaliação de alternativas de energia e sistemas de propulsão. Ele afirmou que, para equipamentos móveis e aplicações veiculares, é importante fazer algumas perguntas-chave para ajudar a determinar qual solução funcionará melhor.

“Por exemplo, qual é a sua contribuição para a redução dos gases de efeito estufa (GEE) — e também para o custo da redução dos gases de efeito estufa?”, perguntou ele. “Qual a eficiência do acionamento? Então, a energia renovável coletada está indo direto para as rodas, mais ou menos, ou a maior parte dela é transformada em calor inútil?”

Fichtner acrescentou que também é fundamental analisar o fornecimento de matéria-prima, pois isso pode ajudar a determinar a viabilidade de construir uma frota de veículos ou equipamentos. Outras questões incluem custo, segurança e facilidade de uso.

Avaliando a redução de GEE

Fichtner disse que avaliar a contribuição de uma fonte de energia para reduzir GEE significa olhar além de qualquer aspecto da fonte de energia.

“Você faz a chamada análise do ciclo de vida, e isso inclui tudo, desde a mineração das matérias-primas [passando] pelo uso do carro até o armazenamento final ou reciclagem”, disse ele.

Dez caminhões elétricos Nikola Tre movidos a célula de combustível com a pintura da empresa de logística californiana Biagi Bros. (Foto: Biagi Bros.)

Essa análise considera a fabricação do chassi do veículo, a manutenção do veículo e a produção de combustível ou eletricidade. Para veículos com motor de combustão interna (CI) e veículos elétricos híbridos plug-in (VEHP), o consumo de combustível tem um papel significativo na análise. Para motores CI alimentados por gás natural ou biogás, o potencial de aquecimento global (PAG) do metano em 20 anos também é um fator, assim como para veículos elétricos a célula de combustível (VEFC) movidos a hidrogênio cinza, produzido a partir de gás natural ou metano.

Entre os veículos elétricos a bateria (BEV), é preciso considerar as emissões de GEE relacionadas à fabricação das baterias. Nos FCEVs, a análise inclui a fabricação dos tanques de hidrogênio.

Ao avaliar as emissões de GEE do ciclo de vida de todos esses tipos de veículos por meio de dados fornecidos pelo Conselho Internacional de Transporte Limpo (ICCT), Fichtner disse que as variedades elétricas, incluindo PHEVs, oferecem emissões reduzidas em relação aos seus equivalentes de combustão interna.

Medidos em gramas de CO2 equivalente por quilômetro (g CO2 eq/km), os veículos movidos a combustão ficaram em torno de 250. Os PHEVs ficaram em torno de 200.

Os VEs a bateria e os VEs elétricos a combustão foram divididos em dois grupos: os movidos por fontes de energia ou combustível atuais e os veículos futuros que utilizam fontes de energia totalmente renováveis. Os VEs a bateria atuais, por exemplo, dependem da energia da rede elétrica gerada em parte por combustíveis fósseis. Eles emitem aproximadamente 90 g de CO2 eq/km, em comparação com os VEs que potencialmente funcionarão inteiramente com energia renovável, que chegam a cerca de 50 g de CO2 eq/km.

Enquanto isso, os FCEVs hoje são frequentemente abastecidos com hidrogênio cinza. Eles medem um pouco mais de 200 g CO2 eq/km, em comparação com os FCEVs que poderiam funcionar com hidrogênio verde no futuro, que medem entre 60 e 70 g CO2 eq/km.

Fichtner acrescentou que há algum debate sobre se há um caso comercial para o hidrogênio verde.

Na realidade, não existe hidrogênio verde. No geral, na mistura, mais de 99% provém de fontes fósseis, o metano. Em particular, os postos de gasolina na Alemanha são abastecidos principalmente por uma grande instalação em Leuna, onde produzem hidrogênio cinza. Isso significa que, no momento, o carro movido a célula de combustível não está realmente contribuindo muito para a melhoria desta situação climática. Ele poderia melhorar muito se fosse movido a hidrogênio verde, mas primeiro precisamos conseguir isso.

Comparações de eficiência de veículos elétricos

Ao analisar a eficiência dos veículos em toda a cadeia de suprimentos e comparar VEBs com VEFCs, Fichtner afirmou que os VEBs são os vencedores claros, com uma eficiência de cerca de 75%. Isso ocorre porque, para os VEBs, a cadeia de suprimentos é bastante curta, com apenas uma fonte de energia e a transmissão para o VEB, onde essa energia é armazenada.

Em comparação, todas as etapas da cadeia de suprimentos necessárias para levar hidrogênio a um FCEV diminuem a eficiência geral do veículo. Fichtner afirmou que essas etapas incluem a coleta de energia, eletrólise, limpeza e armazenamento de combustível, pressurização e transporte, armazenamento em um posto de gasolina, resfriamento e repressurização, abastecimento do veículo e perdas inerentes na eficiência da própria célula de combustível.

“No geral, chego a uma taxa de 18 a 20% [de eficiência]”, disse Fichtner sobre os VCEVs. “Se você analisar os estudos, frequentemente encontrará um número de 30% ou 33%. Se você analisar atentamente o que eles presumem em seus estudos, verá que, na verdade, eles assumem, tipicamente, um cenário 'sem pressão', em que não há perdas devido às pressões. E eles sempre negligenciam as perdas no posto de gasolina, por qualquer motivo, porque talvez não haja números disponíveis publicamente.”

Desafios de caminhões H2

Fichtner também abordou as diferenças entre a viabilidade de veículos elétricos a bateria (BEVs) e veículos elétricos a combustão (FCEVs) no transporte rodoviário. Ele se concentrou nas necessidades do setor de transporte.

“O que realmente importa nos negócios deles é que o custo é uma questão importante”, disse ele, “especialmente o custo por quilômetro”.

Ao considerar isso, Fichtner disse que, de acordo com a empresa de consultoria P3 Automotive, o hidrogênio verde só se tornará competitivo em termos de custo abaixo de 4-5 euros (US$ 4,19 - US$ 5,24) por quilo.

“Atualmente, na Alemanha, pagamos de 16 a 17,75 euros por quilo”, disse ele. “Este é o hidrogênio cinza, e é subsidiado — não há imposto sobre ele.”

A versão de longo alcance do FH Electric da Volvo Trucks será lançada para venda no segundo semestre de 2025. (Foto: Volvo Trucks)

Repetindo seus comentários anteriores sobre a viabilidade do hidrogênio verde em um futuro próximo, Fichtner expressou preocupações quanto ao alcance do preço-alvo. Ele afirmou que, para atingir o custo-alvo, os custos do eletrolisador teriam que ser reduzidos em cerca de 80%, os custos da eletricidade para produzir o combustível teriam que cair cerca de 25% e a eficiência do eletrolisador teria que melhorar em cerca de 6%. Ele também observou que a concorrência dos veículos elétricos a bateria (BEVs) aumentará à medida que os custos das baterias diminuírem.

Em relação ao hidrogênio, Fichtner disse: “A principal vantagem que sempre ouço é que você pode reabastecer os tanques rapidamente — não importa. Não importa, porque as pessoas que realmente operam esses caminhões dizem: "OK, depois de 4,5 horas, nosso motorista precisa fazer uma pausa de uma hora". Nessa hora, estaciono meu caminhão elétrico em frente a um carregador CCS comum de 350 kW. Carrego o suficiente durante essa hora para poder usar o próximo slot. Portanto, não importa se o seu caminhão carrega em 15 minutos ou em 50 minutos.”

Fichtner também notou diferenças nos custos de combustível, nas quais os BEVs parecem vencer o hidrogênio.

Usando o diesel como ponto de partida, Fichtner afirmou que um caminhão de 40 toneladas consumirá cerca de 0,45 euros/km (US$ 0,79/milha). Além disso, citando dados da Nikola, ele afirmou que um FCEV operando na Alemanha consumirá cerca de 1,40 euros/km (US$ 2,45/milha) de hidrogênio cinza.

“Em comparação, um caminhão elétrico de 40 toneladas consome, de acordo com um teste recente do Daimler eActros, 90 kWh por 100 km”, disse Fichtner. “Então, dependendo da tarifa, isso dá cerca de 0,35 a 0,55 euros/km (US$ 0,61 a US$ 0,96/milha).”

Segundo Fichtner, é por isso que vemos mais caminhões eletrificados nas estradas.

“Também vemos mais caminhões movidos a célula de combustível, mas a proporção entre os dois é de cerca de 80 para um”, disse ele. “Há 80 vezes mais caminhões BEV, com novos registros, do que caminhões FCEV.”

Concluída a construção de duas estações de produção e reabastecimento de hidrogênio para ferrovias em Alberta. As instalações darão suporte à ferrovia transnacional Canadian Pacific Kansas City na adaptação de locomotivas para energia elétrica de células de combustível.

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