O Gás Hidrogênio (H2) é explorado para uso em motores a combustão e em células de combustível. É um gás nas condições normais de temperatura e pressão, O que apresenta dificuldades de transporte e armazenagem. Sistemas de armazenamento inclui hidrogênio comprimido, hidrogênio líquido, e ligação química com algum material.
Embora não exista sistemas de distribuição e transporte de hidrogênio,a habilidade de criar o combustível de uma variedade de fontes e suas características limpas fazem do hidrogênio uma fonte desejável de energia alternativa.
Propriedades químicas: O combustível mais simples e mais leve é o Gás hidrogênio. Ele é gasoso a temperatura ambiente e pressão atmosférica. O combustível em si não é hidrogênio puro. Ele tem pequenas quantidades de oxigênio e de outros materiais.
Dois métodos são geralmente usados para produzir hidrogênio: Eletrólise e Two methods are generally used to produce hydrogen: (1) electrolysis and (2) síntese ou ixidação parcial.
Eletrólise usa energia elétrica para dividir a molécula da água em hidrogênio e oxigênio. Provavelmente será a forma predominante de produzir hidrogênio.
O método predominante para produzir a síntese do gás e a reforma de vapor do gás natural, embora outros hidrocarbonetos possam ser usados. Pro exemplo, biomassa e carvão podem ser usados para criar hidrogênio.
Um sistema de distribuição para o hidrogênio não existe. Embora transporte usando gasodutos seja a maneira mais econômica de transportar combustíveis gasosos, um sistema de tubulação não é usado atualmente para o hidrogênio. O Trasnporte de hidrogênio é tipicamente feito em tambores e caminhões tanque.
A NASA usas o Hidrogênio a anos no seu programa espacial. O Hidrogênio é o combustível principal dos foquetes que levam o ônibus espacial até a órbita. Baterias de hidrgênio, também chamadas de células de combustível alimentam o sistema elétrico da espaçonave. O unico produto dessa bateria é agua pura, que é aproveitada pela tripulação como bebida.
A maioria das células de combustível usam Hidrogênio,
que reagem com o oxigênio, para produzir água e energia.
O formato das células as torna extraordináriamente fácil
de usar.
Células de combustível a hidrogênio geram eletricidade. São muito eficientes mas caras de se vazer. Algum dia pequenas células alimentaram carros elétricos, enquanto células maiores gerarão eletricidade em locais isolados.
Devido ao custo, usinas elétricas de hidrogênio não são viáveis. Mas o hidrogênio poderá em breve ser adicionado a outros combustíveis para reduzir a poluição de plantas existentes.Será também adicionado a gasolina para aumentar a performance e reduzir a poluição. Adicionando em torno de 5% de Hidrogênio a gasolina, pode-se reduzir a emissão de gases em até 30 a 40%.Um motor que queima só hidrogênio, não produz poluição. Mas a falta de tecnologias baratas atrasarão o dia em que você vai andar num carro desse por uns 20 anos.
Hidrogênio é o melhor combustível para jatos foquetes. Sua energia é alta, portanto precisa-se de menos Hidrogênio, ficando mais leve e podendo levar mais carga útil. Se o Preço do Hidrogênio continuar a cair, logo aviões de carreira estarão usando esse combustível
O Hidrogênio é muito abundante, principalmente na forma de água, Pode ser separado com uma eficiência de 67%.
Quando da queima do hidrogênio ele se recombina com o oxigênio, gerando água e muita energia. Pequenas quantidade de óxido de nitrogênio é produzido, mas comparado com outros combustíveis, é muito pouco.
A densidade energática do hidrogênio é de 38 kWh/Kg. A gasolina que é considerada muito energética só gera 14 kWh/kg, é desejavel maior densidade por que facilita o armazenamento e transporte.
Quando não há demanda de energia costuma-se bombear o água para lugares mais altos de forma a utilizá-la quando necessário. Usando o Hidrogênio, podemos armazená-lo líquido(20 K). A densidade energética é muito maior na forma líquida, e é muito mais fácil de resfria e manter o Hidrogênio a essa temperatura do que bombear água.
As linhas de gás natural podem ser usadas para o transporte de gás hidrogênio. Para a mesma necessidade de energia precisa-se de três vezes menos Hidrogênio, que pode ser bombeado até três vezes mais rápido. Os tubos podem ser mais eficientes e baratos do que enviar energia elétrica a grandes distâncias.
Grande parte das energias renováveis dependem do clima para funcioanar bem, o Hidrogênio poderia ser gerado nessas usinas elétricas quando houvesse boas condições de tempo então, e usado somente quando fosse fosse preciso.
Fonte: www.geocities.com
O Brasil se encontra na vanguarda no que se refere às pesquisas que vão contribuir para o uso do hidrogênio como combustível e na geração de energia. “Em alguns anos, já teremos geradores de energia nas indústrias e nas próprias residências e carros movidos a hidrogênio circulando pelas ruas”, antecipa o professor Paulo Emílio de Miranda, que coordena o Laboratório de Hidrogênio da Coppe. Esse laboratório é um dos condutores do trabalho que vem sendo desenvolvido no Brasil, cujo objetivo é viabilizar o uso do hidrogênio como combustível e como fonte de energia. Para isso, pesquisadores da Coppe vêm buscando formas de tornar seguro seu armazenamento.
Nesse mesmo laboratório, cientistas estão desenvolvendo pilhas a combustível de óxido sólido, que são geradores de energia elétrica baseados no uso do hidrogênio. Foi na Coppe, aliás, que surgiu a primeira pilha a combustível do país, no início da década de 1980.
“Estamos falando de uma fonte de energia renovável, inesgotável e não poluente que trará benefícios para toda a sociedade”,afirma o pesquisador ressaltando que os órgãos de fomento à pesquisa e os fundos setoriais terão papel decisivo no desenvolvimento dos projetos relacionados ao hidrogênio no país. Paulo Emílio aposta na adesão da iniciativa privada nesse movimento:
“A tendência é que surjam muitas empresas especializadas na comercialização de produtos e processos de aproveitamento do hidrogênio. As próprias empresas de geração de energia terão de se readaptar para não perder espaço.” Segundo o pesquisador, muitas dessas empresas já estão fazendo as adaptações necessárias para que, no futuro, possam ser fornecedoras do sistema baseado no hidrogênio: “A Petrobras, por exemplo, já não mais se apresenta apenas como uma empresa de pe-tróleo, mas de energia em geral”, acentua.
O especialista acrescenta que o fortalecimento dessa “in-dústria” é condição indispensável para a viabilização dos projetos de geração de energia e da utilização do hidrogênio como combustível, pois somente assim será possível reduzir os custos de implantação dos projetos que vêm sendo desen-volvidos.
“Não há dúvida de que o hidrogênio será uma das principais fontes de energia do futuro”, afirma o professor da Coppe, que se diverte ao lembrar que essa é uma idéia antiga e faz parte das antológicas previsões de Júlio Verne, referindo-se ao livro A ilha misteriosa, publicado em 1874, no qual o escritor projeta um mundo onde a água e o hidrogênio seriam o “carvão do futuro”.
1 - Veículos movidos a hidrogênio não terão motor à combustão. Os motores serão elétricos, o que evitará a poluição do meio ambiente.
2 - O processo de geração de energia é descentralizado. Não será necessário construir hidrelétricas gigantescas, como Itaipu. O hidrogênio pode ser produzido a partir de várias fontes: água, combustíveis fósseis e biomassa. Essa produção pode ainda ser feita com o aproveitamento da energia solar ou eólica.
3 - Fonte renovável, inesgotável e não poluente. A produção de energia pode ser realizada em qualquer lugar.
4 - A geração de energia por meio de pilhas a combustível é pelo menos duas vezes mais eficaz do que a obtida pelos processos tradicionais.
Pesquisas do Laboratório de Hidrogênio da Coppe/UFRJ
A - Produção de materiais metálicos sólidos para armazenar grande quantidade do elemento químico hidrogênio. Basta aquecer o material que os átomos de hidrogênio se difundem até a superfície do material armazenador, onde se recombinam e formam o gás.
B - Desenvolvimento de pilha a combustível de óxido sólido: processo químico onde não há combustão. Usa gás natural como combustível.
C - Produção de hidrogênio e materiais carbonosos (ricos em carbono): processo de beneficiamento de combustível fóssil não poluente que não emite gases responsáveis pelo efeito estufa. Permite a produção de hidrogênio para geração de energia e “seqüestra” o carbono do gás natural.
| Cronograma para o uso do
hidrogênio como fonte de energia e combustível: 2002 a 2020 |
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| Prazo | Cenário previsto |
| 5 anos | Indústria automobilística lança em escala pré-comercial protótipos de veículos movidos a hidrogênio; cresce o número de aparelhoseletrônicos que utilizam a energia gerada a partir de hidrogênio. |
| 10 anos | Geradores de energia à base de hidrogênio são instalados em unidades residenciais e empresas; começa a produção comercial de veículos que utilizam esse tipo de combustível. |
| 20 anos | A utilização do hidrogênio é disseminada por toda a sociedade, tanto como combustível quanto na geração de energia. O uso massificado do elemento reduz os custos de implantação dos sistemas. |
Fonte: www.faperj.br
Desde o início do século XIX, os cientistas identificaram o hidrogênio como uma fonte potencial de combustível. Os usos atuais do hidrogênio incluem processos industriais, combustível para foguetes e propulsão para cápsulas espaciais. Com pesquisa e desenvolvimento mais avançados, este combustível também pode ser utilizado como uma fonte alternativa de energia para o aquecimento e iluminação de residências, geração de eletricidade e como combustível de automóveis. Quando produzido de fontes e tecnologias renováveis, como hidráulica, solar ou eólica, o hidrogênio torna-se um combustível renovável.
O hidrogênio é o mais simples e mais comum elemento do universo.
Possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido - 52.000 BTU - British Thermal Units (Unidades Térmicas Britânicas) por libra (ou 120,7kJ por grama). Além disso, quando resfriado ao estado líquido, este combustível de baixo peso molecular ocupa um espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. Esta é uma das razões pelas quais o hidrogênio é utilizado como combustível para propulsão de foguetes e cápsulas espaciais, que requerem combustíveis de baixo peso, compactos e com grande capacidade de armazenamento de energia.
No estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro e insípido. O hidrogênio molecular (H2) existe como dois átomos ligados pelo compartilhamento de elétrons - ligação covalente.
Cada átomo é composto por um próton e um elétron. Alguns cientistas acreditam que este elemento dá origem a todos os demais por processos de fusão nuclear. O hidrogênio normalmente existe combinado com outros elementos, como o oxigênio na água, o carbono no metano, e na maioria dos compostos orgânicos. Como é quimicamente muito ativo, raramente permanece sozinho como um único elemento.
Quando queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Quando queimado com ar, constituído por cerca de 68% de nitrogênio, alguns óxidos de nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis.
O hidrogênio ligado em compostos orgânicos e na água constitui 70% da superfície terrestre. A quebra destas ligações na água permite produzir hidrogênio e então utiliza-lo como combustível. Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligações. A seguir estão descritos alguns métodos para a produção de hidrogênio e que ou estão atualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento.
A maior parte do hidrogênio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial é pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos químicos. A reforma de vapor utiliza energia térmica para separar o hidrogênio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reação destes combustíveis com vapor em superfícies catalíticas. O primeiro passo da reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO). Então, uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200ºC ou maiores.
Outro modo de produzir hidrogênio é por eletrólise, onde os elementos da água, o hidrogênio e o oxigênio, são separados pela passagem de uma corrente elétrica. A adição de um eletrólito como um sal aumenta a condutividade da água e melhora a eficiência do processo. A carga elétrica quebra a ligação química entre os átomos de hidrogênio e o de oxigênio e separa os componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons).
Os íons se formam em dois pólos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente. O hidrogênio se concentra no cátodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma voltagem de 1,24V é necessária para separar os átomos de oxigênio e de hidrogênio em água pura a uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1,03kg/cm2. Esta tensão varia conforme a pressão ou a temperatura são alteradas.
A menor quantidade de eletricidade necessária pra eletrolisar um mol de água é de 65,3Watts-hora (a 25ºC). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia elétrica (ou 4,8kWh por metro cúbico).
Fontes renováveis de energia podem produzir eletricidade por eletrólise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State University projetou e construiu um sistema solar de hidrogênio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aeração dos tanques de peixes. A energia não utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 pés cúbicos padrões de hidrogênio por hora (25 litros por minuto). A unidade está operando sem supervisão desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico não fornece energia suficiente, o hidrogênio fornece combustível para uma célula de combustível por membrana de troca fotônica de 1,5kW para fornecer a energia necessária aos compressores.
A eletrólise de vapor é uma variação do processo convencional de eletrólise. Uma parte da energia necessária para decompor a água é adicionada na forma de calor ao invés de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrólise convencional. A 2500ºC a água se decompõe em hidrogênio e oxigênio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentração de energia solar. O problema neste processo é impedir a recombinação do hidrogênio e do oxigênio sob as altas temperaturas utilizadas no processo.
A decomposição termoquímica da água utiliza produtos químicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinação provoca a decomposição da molécula de água.
Este processo possui várias etapas - usualmente três - para atingir o processo inteiro.
Processos fotoeletroquímicos utilizam dois tipos de sistemas eletroquímicos para produzir hidrogênio. Um utiliza complexos metálicos hidrossolúveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfícies semicondutoras. Quando o complexo metálico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga elétrica que inicia a reação de decomposição da água. Este processo imita a fotossíntese. O outro método utiliza eletrodos semicondutores em uma célula fotoquímica para converter a energia eletromagnética em química. A superfície semicondutora possui duas funções: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corrosão induzida pela luz limita o tempo de vida útil do semicondutor.
Processos biológicos e fotobiológicos utilizam algas e bactérias para produzir hidrogênio. Sob condições específicas, os pigmentos em certos tipos de algas absorvem energia solar. As enzimas na célula de energia agem como catalisadores para decompor as moléculas de água.
Algumas bactérias também são capazes de produzir hidrogênio, mas diferentemente das algas necessitam de substratos para seu crescimento. Os organismos não apenas produzem hidrogênio, mas também podem limpar poluição ambiental.
Recentemente, uma pesquisa iniciada pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos levou à descoberta de um mecanismo para produzir quantidades significativas de hidrogênio a partir de algas. Há 60 anos os cientistas sabem que as algas produzem pequenas quantidades de hidrogênio, mas não haviam encontrado um método factível para aumentar esta produção. Cientistas da Universidade da Califórnia em conjunto com o Laboratório Nacional de Energia Renovável encontraram a solução. Após permitir que a cultura de algas crescesse sob condições normais, os pesquisadores privaram-nas de enxofre e oxigênio. Após muitos dias gerando hidrogênio, a cultura de algas foi colocada novamente sob as condições normais por alguns poucos dias, permitindo assim que armazenassem mais energia. O processo pode ser repetido várias vezes. A produção de hidrogênio por algas pode eventualmente promover um meio prático e de baixo custo para a conversão de luz solar em hidrogênio.
Outra fonte de hidrogênio por processos naturais utiliza o metano e o metanol. O metano (CH4) é um componente do "biogás", produzido por bactérias anaeróbias. Estas bactérias são encontradas em grande quantidade no ambiente. Elas quebram, ou digerem, matéria orgânica na ausência de oxigênio e produzem o "biogás" como resíduo metabólico.
Fontes de biogás incluem os lixões, o esterco de gado ou porcos e as estações de tratamento de águas e esgotos. O metano também é o principal componente do gás natural (um grande combustível utilizado para aquecimento e geradoras de energia elétrica) produzido por bactérias anaeróbias há milhões de anos atrás. O etanol é produzido pela fermentação da biomassa. A maior parte do etanol combustível dos Estados Unidos é produzido pela fermentação do milho.
Estados Unidos, Japão, Canadá e França têm investigado a decomposição térmica da água, uma técnica radicalmente diferente para geração de hidrogênio. Este processo utiliza calor em temperaturas acima de 3000ºC para decompor as moléculas de água.
Os setores de transporte, industrial e residencial nos Estados Unidos têm utilizado hidrogênio há muitos anos. No início do século XIX muitas pessoas utilizaram um combustível denominado "gás da cidade", que era uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. Muitos países, incluindo o Brasil e a Alemanha, continuam distribuindo este combustível.
Aeronaves (dirigíveis e balões) usam hidrogênio para transporte.
Atualmente, algumas indústrias utilizam hidrogênio para refinar petróleo, e para produzir amônia e metanol. As naves espaciais utilizam hidrogênio como combustível para seus foguetes.
Com pesquisas futuras, o hidrogênio pode fornecer eletricidade e combustível para os setores residencial, comercial, industrial e de transporte, criando uma nova economia energética.
Quando armazenado adequadamente, o hidrogênio combustível pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no líquido. Os motores de veículos e os fornos industriais podem facilmente ser convertidos para utilizar hidrogênio como combustível.
Desde a década de 1950, o hidrogênio abastece alguns aviões.
Fabricantes de automóveis desenvolveram carros movidos a hidrogênio. A queima de hidrogênio é 50% mais eficiente que a da gasolina e gera menos poluição ambiental. O hidrogênio apresenta uma maior velocidade de combustão, limites mais altos de inflamabilidade, temperaturas de detonação mais altas, queima mais quente e necessita de menor energia de ignição que a gasolina. Isto quer dizer que o hidrogênio queima mais rapidamente, mas traz consigo os perigos de pré-ignição e flashback.
Apesar de o hidrogênio apresentar suas vantagens como combustível para veículos, ainda tem um longo caminho de desenvolvimento a percorrer antes de poder ser utilizado como um substituto para a gasolina.
As células de energia utilizam um tipo de tecnologia que usam o hidrogênio para produzir energia útil. Nestas células, o processo de eletrólise é revertido para combinar o hidrogênio e o oxigênio através de um processo eletroquímico, que produz eletricidade, calor e água. O Programa Espacial dos Estados Unidos tem utilizado as células de energia para fornecer eletricidade às cápsulas espaciais há décadas.
Células de energia capazes de fornecer eletricidade para mover os motores de automóveis e ônibus têm sido desenvolvidas. Muitas companhias estão desenvolvendo células de energia para usinas estacionárias.
Uma célula de energia funciona como uma bateria que nunca pára de funcionar e não precisa de recarga. Ela irá produzir eletricidade e calor sempre que um combustível (no caso, o hidrogênio) for fornecido. Uma célula de energia consiste de dois eletrodos - um negativo (ânodo) e um positivo (cátodo) - imersos em um eletrólito. O hidrogênio é inserido na célula pelo anodo, e o oxigênio pelo catodo. Ativados por um catalisador, os átomos de hidrogênio separam-se em prótons e elétrons, que tomam caminhos diferentes no cátodo. Os elétrons saem por um circuito externo, gerando eletricidade. Os prótons migram através do eletrólito ao cátodo, onde reúnem-se com o oxigênio e os elétrons para gerar água e calor. As células de energia podem ser utilizadas para mover os motores de veículos ou para fornecer eletricidade e calor às edificações.
O hidrogênio pode ser considerado como uma forma de armazenar energia produzida de fontes renováveis como a solar, eólica, hídrica, geotérmica o biológica. Por exemplo, quando o sol estiver se pondo, sistemas fotovoltaicos podem fornecer a eletricidade necessária para produzir o hidrogênio por eletrólise. O hidrogênio pode então ser estocado e queimado como um combustível, ou para operar uma célula de energia para gerar eletricidade à noite ou sob tempo nebuloso.
Para se utilizar o hidrogênio em larga escala de maneira segura, sistemas práticos de estocagem devem ser desenvolvidos, especialmente para os automóveis. Apesar de o hidrogênio poder ser estocado no estado líquido, este é um processo difícil porque deve ser resfriado a -253ºC. A refrigeração do hidrogênio a esta temperatura utiliza o equivalente a 25 ou 30% de sua energia total, e requer materiais e manipulação especiais. Para resfriar aproximadamente 0,5kg de hidrogênio são necessários 5kWh de energia elétrica.
O hidrogênio também pode ser armazenado como gás, que utiliza muito menos energia que aquela necessária para fazer hidrogênio líquido.
Sendo estocado no estado gasoso, deve ser pressurizado para se estocar uma quantidade razoável. Para utilização em larga escala, o gás pressurizado pode ser estocado em cavernas ou minas. O gás hidrogênio pode então ser encanado e levado às residências da mesma maneira que o gás natural. Apesar desta técnica de estocagem ser útil para a utilização do hidrogênio como combustível de aquecimento, não o é para utilização em veículos porque os tanques de metal pressurizados necessários para estocar o hidrogênio são muito caros.
Um método de estocagem de hidrogênio potencialmente mais eficiente é na forma de hidretos. Os hidretos são compostos químicos formados por hidrogênio e um metal. As pesquisas atuais estão focando o hidreto de magnésio. Certas ligas metálicas como as de magnésio-níquel, magnésio-cobre e ferro-titânio, absorvem hidrogênio e o liberam quando aquecidos. Os hidretos, entretanto, estocam pouca energia por unidade de massa. As pesquisas atualmente procuram um composto que seja capaz de armazenar uma grande quantidade de hidrogênio com uma elevada densidade energética, liberar o hidrogênio como combustível, reagir rapidamente e possuir um custo acessível.
Atualmente, a maneira economicamente mais viável para se produzir hidrogênio é pela reforma de vapor. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, em 1995 o custo estava em US$7,39 por milhão de BTU (US$7,00 por gigajoule) em plantas de grande escala.
Este cálculo assume o custo do gás natural de US$2,43 por milhão de BTU (US$2,30 por gigajoule). Isto equivalente a US$0,93 por galão ($0,24 por litro) de gasolina. A produção de hidrogênio por eletrólise utilizando hidroeletricidade, considerando taxas de horários de baixo consumo, custa entre US$10,55 e US$21,10 por milhão de BTU (US$10,00 a US$20,00 por gigajoule).
Reconhecendo o potencial do hidrogênio combustível, o Departamento de Energia dos Estados Unidos e organizações privadas fundaram programas de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) por muitos anos. O Governo Federal americano aloca em média 18 milhões de dólares por ano na pesquisa de hidrogênio combustível. Os trabalhos atuais nos Estados Unidos incluem pesquisas no Laboratório Nacional de Energia Renovável, na Universidade A & M, Texas, no Laboratório Nacional de Brookhaven, e no Instituto de Energia Neutra Hawaii.
O Centro de Energia Solar na Flórida conduz pesquisas em hidrogênio pelo Programa de Energia Renovável, com objetivos de longo prazo sob a orientação do Departamento de Energia dos Estados Unidos para o desenvolvimento de um reator para fotoeletricamente decompor a água em hidrogênio e oxigênio e para sintetizar quimicamente uma membrana eletrolítica para eletrólise sob altas temperaturas. Outra pesquisa do Departamento de Energia é o desenvolvimento de um processo para reformar o gás natural ao hidrogênio para produção on-site de blendas de hidrogênio-metano que sejam aplicáveis a automóveis.
Para que se possa utilizar hidrogênio em larga escala, os pesquisadores devem desenvolver meios mais práticos e econômicos para estocar e produzir o hidrogênio.
Fonte: alkimia.tripod.com
O hidrogénio ou hidrogênio é um elemento químico de símbolo H, número atômico 1 (1 próton e 1 elétron) e com massa atómica 1 u.
Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água, pertencente ao grupo (ou família) 1 (anteriormente chamada 1A). É o elemento químico mais abundante do Universo, existindo nas estrelas em grande quantidade no estado de plasma.
Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos, e é capaz de reagir com a maioria dos elementos. O núcleo do isótopo mais abundante é formado por um único próton e nenhum nêutron. Entretanto, existem outros dois isótopos: o deutério, que tem um nêutron e o trítio que tem dois. Em 2001 foi criado em laborário o isótopo 4H e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos 5H até 7H (*).
Em laboratório é obtido mediante a reação de ácidos com metais como o zinco e industrialmente pelo processo da eletrólise da água, entretanto, os pesquisadores estão investigando outros métodos como a intervenção de algas verdes para a obtenção do hidrogênio. O hidrogêno é empregado na produção de amoníaco, como combustível alternativo , e recentemente, para o fornecimento de energia às células de combustíveis.
Cerca de 90% da matéria visível no Universo é composta
de Hidrogênio.
O hidrogênio é o elemento químico mais leve, possuindo o seu isótopo mais abundante um único par próton-eletron. Nas condições normais de pressão e temperatura forma um gás diatómico, H2 com um ponto de ebulição de 20,27 K ( -252,88ºC ) e um ponto de fusão de 14,02 K ( -259,13 ºC ). Submetidas a alta pressão, tal como ocorre no núcleo das estrelas gigantes gasosas, as moléculas mudam sua natureza e o hidrogênio se torna um líquido metálico. Quando submetido a pressão muito baixa, como no espaço, o hidrogênio tende a existir na forma de átomos individuais, simplesmente porque é muito pequena a probabilidade de que se combinem, entretanto, quando isso acontece podem formar nuvens de H2 que se associam para a criação das estrelas.
Esse elemento tem uma função fundamental no universo, já que através da fusão estelar ( combinação de átomos de hidrogênio resultando átomos de hélio ) ocorre liberação de uma imensa quantidade de energia.
Hidrogénio - Hélio
Industrialmente são necessárias grandes quantidades de hidrogênio, principalmente no processo de Haber para a obtenção de amoníaco, na hidrogenação de graxas e azeites e na obtenção de metanol. Outros usos que podem-se citar são:
Produção de ácido clorídrico, combustível para foguetes, e redução de minerais metálicos.
O hidrogénio líquido apresenta aplicações criogênicas, incluindo a investigação da supercondutividade.
Devido à sua leveza era usado como gás de enchimento de balões e dirigíveis; após o desastre do dirigível Hindenburg abandonou-se em parte seu uso devido à sua grande inflamabilidade, mas continua a ser usado em lançamento de balões meteorológicos estratosféricos.
O trítio é produzido nas reações nucleares e é empregado na construção de bombas de hidrogênio. Também se utiliza como fonte de radiação em pinturas luminosas e como marcador nas ciências biológicas.
O deutério possui aplicações nucleares como moderador, como constituinte da água pesada.
O hidrogénio pode ser usado em motores de combustão interna. Uma frota de automóveis com motores deste tipo é mantida na atualidade pela Chrysler-BMW. Afinal, as células de combustível em desenvolvimento parecem que serão capazes de oferecer uma alternativa limpa e econômica aos motores de combustão interna.
O hidrogênio ( do francês Hydrogène, do grego hydros, água e gennein, gerar ) foi reconhecido como um elemento químico em 1766 por Henry Cavendish; mais tarde Antoine Lavoisier daria o nome pelo qual o conhecemos.
O hidrogênio é o elemento mais abundante, constituindo 75% da massa e 90% dos átomos do universo. Encontra-se em abundância nas estrelas e nos planetas gigantes gasosos, entretanto, na atmosfera terrestre é encontrado numa quantidade pequena, aproximadamente de 1 ppm em volume.
Uma fonte comum de hidrogênio é a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O), porem a fonte mais importante são as substâncias formadas principalmente de carbono e hidrogênio que são os compostos orgânicos, incluindo todas as formas de vida conhecidas, os combustíveis fósseis e o gás natural. O metano, produto da decomposição orgânica, está adquirindo uma crescente importância como fonte de hidrogênio.
Eletrólise da água; atualmente se investiga a fotólise da água (4% da produção mundial).
Reação de hidrocarbonetos com vapor de água (96% da produção mundial).
Ataque de metais com hidróxido de sódio, potássio.
Ataque de metais (Zn e Al) com ácidos sulfúrico ou clorídrico.
O hidrogênio tem uma eletronegatividade intermediária (2,2) podendo formar compostos com elementos de maior ou menor caráter metálico.
Tanto com os elementos metálicos dos grupos 1|1 ( 1A ) e 2|2 ( 2A ) como com os elementos ametálicos dos grupos 15|15 ( 5A ), 16|16 ( 6A ) e 17|17 ( 7A ) forma hidretos. Nos hidretos metálicos está presente na forma de H- e nos ametálicos está presente como íon H+, por que estes últimos tem caráter ácido.
Alguns compostos binários do hidrogênio são amoníaco ( NH3 ), hidrazina ( N2H4 ), água ( H2O ), água oxigenada ( H2O2 ), sulfeto de hidrogénio ( H2S ), etc.
Com o carbono ( elemento do grupo 14 ( 4A ) ) forma uma imensa quantidade de compostos, os hidrocarbonetos e derivados que são o objeto de estudo da química orgânica.
Em condições normais, o gás hidrogênio é uma mistura de dois tipos diferentes em função da direção do spin de seus elétrons e núcleos.
Estas formas são conhecidas como orto- e para-hidrogênio. O hidrogênio normal é composto por 25% da forma para- e 75% da forma orto-. Ambas as formas têm energias ligeiramente diferentes, o que provoca propriedades físicas não idênticas; como por exemplo, a forma para- tem pontos de fusão e ebulição 0,1 K mais baixas que a forma orto-.
Prótio, deutério e trítio
O isótopo mais comum do hidrogênio não possui nêutrons, existindo outros dois, o deutério (D) com um e o trítio (T), radioativo com dois. O deutério tem uma abundância natural compreendida entre 0,0184 e 0,0082% (IUPAC).
O hidrogênio é o único elemento químico que tem nomes e símbolos químicos distintos para seus diferentes isótopos.
Explosão do hidrogênio no Hindenburg
O hidrogênio é um gás extremamente inflamável. Reage violentamente com o flúor e o cloro, especialmente com o primeiro, com o qual a reação é tão rápida e imprevisível que não se pode controlar. Também é perigosa sua despressurização rápida, já que diferentemente dos outros gases, a sua expansão acima de -40ºC ocorre com aquecimento, podendo inflamar-se.
O hidrogênio é extremamente inflamável no ar (essa probabilidade de se inflamar situa-se entre 4% e 75% por volume de ar). A energia necessária para inflamá-lo é muito pequena e em alguns casos, pode ocorrer auto-inflamação.
O hidrogênio se queima no ar com uma chama muito quente e quase invisível. A chama emite um calor muito pouco radiante e por isso mesmo não indica sua existência.
O hidrogênio pode se difundir rapidamente através de materiais e sistemas que estejam presentes no ar ou em outros gases comuns. Com alguns materiais, a difusão é mais pronunciada com temperaturas muito altas.
A energia necessária para a ignição de uma mistura hidrogênio-ar de apenas 0,04 mJ, contra 0,25 mJ dos hidrocarbonetos.
Fonte: pt.wikipedia.org
