Começa teste com ônibus brasileiro movido a hidrogênio

Marcos de Oliveira – Pesquisa FAPESP.

Um ônibus movido a hidrogênio passará a rodar em uma linha convencional urbana entre os bairros do Jabaquara, na zona Sul de São Paulo, e São Mateus, na zona Leste, passando pelos municípios de São Bernardo do Campo, Diadema, Santo André e Mauá, dentro da Região Metropolitana de São Paulo. Veículos movidos por essa tecnologia são silenciosos e não emitem poluentes. Eles lançam no ambiente apenas vapor d’água e não contribuem para o surgimento de doenças respiratórias, além de umidificar o ar das grandes cidades.

Ao lado dos biocombustíveis e dos veículos elétricos, o hidrogênio é visto por especialistas como uma real alternativa para os derivados de petróleo que emitem poluentes e tendem a escassear no futuro porque as reservas de óleo e gás natural são finitas, tanto pelo esgotamento de anos de exploração como pelo aumento do consumo mundial. Assim, a experiência brasileira se enquadra dentro de uma série de experimentos que são realizados pelo mundo com carros e ônibus a hidrogênio no lugar da gasolina e do diesel com o objetivo de diminuir os gases nocivos às pessoas e ao planeta.

O ônibus foi montado no Brasil com financiamento do Global Environment Facility (GEF), ou Fundo Global para o Meio Ambiente, uma agência ligada ao Banco Mundial, que financia iniciativas de desenvolvimento sustentável em vários países. “Fizemos parcerias no Brasil e no exterior para montar o ônibus e transferir tecnologia para o país porque no início o projeto era para comprar os ônibus prontos na Europa. O argumento foi que o Brasil é o maior produtor de ônibus do mundo [em 2008 foram produzidos 44.111, sendo 27.948 exportados, segundo a Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (Anfavea)] e temos uma longa tradição na indústria de carrocerias de ônibus”, diz Carlos Zündt, gerente de planejamento da Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos (EMTU), ligada à Secretaria dos Transportes Urbanos do Estado de São Paulo,

A EMTU foi a instituição responsável pelo desenvolvimento e gerenciamento do projeto e vai colocar o ônibus a hidrogênio no corredor metropolitano exclusivo de 33 quilômetros (km). O objetivo é incorporar, integrar e desenvolver tecnologia de uso do hidrogênio como combustível e preparar as empresas para esse futuro mercado.

No Brasil, o projeto foi iniciado em 2004 e reuniu um consórcio internacional de empresas construtoras e fornecedoras. O ônibus possui nove cilindros de hidrogênio e aparelho de ar-condicionado no teto e todos os outros equipamentos ficam na parte de trás do veículo.

A célula é formada por um conjunto de placas de eletrodos, normalmente de grafite, que, em forma de sanduíche, agrupa também, entre as placas, uma membrana polimérica chamada de Membrana de Troca de Prótons (PEM, na sigla em inglês). Ao passar por ela, as moléculas de hidrogênio (H²) são quebradas e os elétrons são liberados, gerando eletricidade. Para realizar esse processo eletroquímico, o hidrogênio também se une ao oxigênio captado do ar formando vapor d’ água no final. Essa tecnologia – componente-chave de todo o sistema – foi adquirida da Ballard, uma empresa canadense que começou a desenvolver células a combustível em 1983 e entre 1992 e 1994 apresentou os primeiros protótipos.

O Brasil já possui, pelo menos, três empresas, Electrocell, Unitech, (ver Pesquisa FAPESP edições 93 e 103) e NovoCell – todas paulistas e com financiamento do Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (Pipe) da FAPESP –, que estão desenvolvendo células a combustível e peças para esse equipamento em projetos pontuais para geradores de energia elétrica estacionários, principalmente para empresas, e não automotivos.

Os sistemas auxiliares da célula do ônibus, como a injeção e a circulação do hidrogênio e do ar atmosférico, na pressão e umidade requeridas pelo equipamento principal e parte da eletrônica de controle, foram desenvolvidos pela empresa alemã Nucellsys, que também possui a Ford e a Daimler como sócias. O gerenciamento de todos os sistemas, inclusive os testes de durabilidade são feitos pela Instituto de Pesquisa Força Elétrica Internacional (EPRI, na sigla em inglês), com sede na Califórnia, nos Estados Unidos, que traz a experiência em gerenciar projetos desse tipo.

Hidrelétricas podem ser produtoras de hidrogênio

O abastecimento é considerado um obstáculo para o mercado automotivo de hidrogênio. Postos para reabastecimento em maior quantidade só existem no estado da California, nos Estados Unidos, no Japão e na Islândia, com o hidrogênio obtido da água, por eletrólise, ou gás natural.

No Brasil, uma boa oportunidade está nas usinas hidrelétricas. Além da energia barata produzida durante a madrugada, quando cai o consumo, é possível utilizar a chamada energia vertida turbinável, que é a eletricidade a ser aproveitada pela água vazada no vertedouro em situações de enchimento excessivo dos reservatórios ou em horários quando não há demanda. A água é desperdiçada porque a energia elétrica não pode ser estocada. O jeito é transformá-la em hidrogênio.

Os professores Ennio Peres, do Laboratório de Hidrogênio, e Carla Cavaliero, da Faculdade de Engenharia Mecânica, ambos da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), junto com o pesquisador paraguaio Gustavo Riveros-Godoy, da Universidade Nacional de Assunção, fizeram um estudo de produção e distribuição de hidrogênio para ônibus urbanos na cidade de Foz de Iguaçu, no Paraná, onde fica a sede brasileira da Usina Hidrelétrica de Itaipu. Eles apresentaram um trabalho no 4° Workshop Internacional sobre Hidrogênio e Células a Combustível realizado em outubro em 2008 na Unicamp, que demonstra a viabilidade operacional de trocar os ônibus a diesel por veículos a hidrogênio nas quatro empresas de Foz, uma cidade com 309 mil habitantes.

Sem considerar o custo dos ônibus, eles utilizaram dados do modelo a hidrogênio da Mercedes-Benz, o Citaro Fuel Cell. O melhor modelo de produção do gás seria a forma centralizada na própria Itaipu, onde os ônibus iriam abastecer uma vez por dia. O custo do hidrogênio por quilo (kg) seria de US$ 2,86 e a média de consumo de 0,205 kg por quilômetro rodado. Em termos financeiros, o diesel ainda ganha, mas o hidrogênio tem vantagens ambientais cada vez mais levadas em conta.

Cooperação nacional

No lado bra­sileiro do consórcio, a carroceria é da Marcopolo, um dos maiores fabricantes de carrocerias do mundo com três fábricas no Brasil e 11 no exterior, em países como China, Índia, Rússia, Portugal, Argentina, México e Egito. O modelo a hidrogênio é da série Gran Viale, usada em ônibus urbanos, com 12,5 metros de comprimento, e pode acomodar 63 passageiros sentados e 20 em pé.

A adaptação do ônibus ao sistema de célula a combustível e demais equipamentos do sistema a hidrogênio foi realizada por outra empresa brasileira, a Tuttotrasporti, de brasileiros de origem italiana sediada em Caxias do Sul, no Rio Grande do Sul. Ela é especializada na produção e modificação de chassis (estrutura metálica que suporta o veículo com os eixos das rodas inclusos) para veí­culos especiais, como ônibus a gás ou híbridos, com baterias e a diesel, com segundo piso, ou dois eixos na frente, ou ainda veículos com direção invertida próprios para exportação pa­ra países como Inglaterra ou Japão.

“A Tuttotrasporti foi a maior beneficiada brasileira porque foram seus engenheiros e técnicos que adquiriram conhecimento na adaptação, montagem e integração dos sistemas, inclusive a CPU [unidade central de processamento], que compreende processadores que gerenciam a energia elétrica do ônibus assim como a pressão do hidrogênio e outros sistemas ”, diz Zündt. “O software foi moldado por nós para controlar todos os pontos. Cada subsistema, como as células, tem o seu processador que indica, por exemplo, a sua temperatura [ela funciona entre 60 e 80°C], e eles estão conectados a um computador maior que tem acesso a todos os protocolos de funcionamento e permite gerenciar todo o ônibus”, diz o engenheiro Sidney de Oliveira Sobrinho, da Tuttotrasporti.

Produção de hidrogênio

Entre as empresas nacionais investidoras no projeto estão a Petrobras e a Eletropaulo. As duas estão envolvidas na unidade de produção do hidrogênio.

Esse gás não existe de forma isolada na natureza, embora esteja presente na água, no etanol, no gás natural e na gasolina, podendo daí ser extraído por meio da quebra das moléculas dessas substâncias que assim o liberam.

O abastecimento do ônibus será feito na garagem da EMTU em São Bernardo do Campo, onde ficam os ônibus que operam no corredor. Uma estação de produção vai ser construída na garagem e será operada pela BR distribuidora da Petrobras. O sistema utilizado será a eletrólise da água, em que uma corrente elétrica separa as moléculas de hidrogênio e oxigênio. Essa unidade de produção e abastecimento é oriunda da empresa canadense Hydrogenics, especializada na produção de hidrogênio por eletrólise.

A Eletropaulo vai construir uma rede especial para o funcionamento da estação de forma menos custosa possível, com o fornecimento preferencial de energia para fabricação de hidrogênio feito fora dos horários de pico. Como a estação está sendo construída, nos primeiros meses de testes do veículo o hidrogênio virá por caminhão de uma refinaria da Petrobras no município de Cubatão.