Análise de ciclo de vida do hidrogénio: cenários para Portugal

Abstract

A elevada dependência energética da nossa sociedade tem levantado problemas ambientais e económicos devido à escassez dos combustíveis fósseis. O sector dos transportes é o que tem maior impacto ambiental e energético. Iniciativas como o Protocolo de Quioto, a aposta dos fabricantes em combustíveis alternativos e novas tecnologias de propulsão e o incentivo das autarquias para a mobilidade sustentável são o exemplo de uma crescente política energético-ambiental. Com a Análise de Ciclo de Vida (ACV) é possível contabilizar os consumos energéticos e as emissões de poluentes de um combustível desde a sua produção até à sua utilização nos veículos. Este facto permite verificar os desempenhos energéticos e ambientais de um combustível alternativo face aos convencionais. O hidrogénio (H2) apresenta uma combustão limpa, facto importante para a utilização em veículos. Grande parte dos fabricantes de automóveis tem dedicado as suas investigações na criação de um veículo a H2. Contudo a inexistência do H2 na sua forma mais pura tornam-o objecto de estudo. O principal objectivo da presente Dissertação de Mestrado consiste em actualizar a ferramenta de ACV GREET (desenvolvida pelo Argonne National Laboratory), uma vez que este contempla a realidade Americana, de forma a efectuar a ACV do H2. Para obter os consumos energéticos e emissões de poluentes da produção dos painéis fotovoltaicos e das torres eólicas consultouse o modelo GEMIS (desenvolvido pelo Oto-Istitute), que conjugado com a actualização do GREET origina o MACV2H2. Este após calibrado é submetido a um caso de estudo baseado no percurso do Oceanário (Lisboa) à Casa da Música (Porto) com veículos ligeiros de passageiros. A utilização de energia eólica é a melhor forma de produção de H2 quer em consumos energéticos quer em emissões de poluentes. O H2 produzido por electrólise de electricidade proveniente da energia eólica e aplicado em veículos com pilhas de combustível (FCV) apresenta mesmo melhores resultados que o veículo com motor de combustão interna a gasolina (ICE), com excepção da emissão de PM por quilómetro. As emissões de GEE por quilómetro são 85% inferiores às do veículo com ICE a gasolina. A produção de H2 por electrólise com electricidade proveniente do sistema electroprodutor nacional é a que apresenta piores resultados na análise da fonte-ao-depósito (WTP) e da fonte-à-roda (WTW). Este H2 aplicado em FCV apresenta emissões de GEE por quilómetro 43% superiores às do veículo com ICE a gasolina.

The high energy dependence of our society has raised environmental and economic problems due to the shortage of fossil fuels. The transport sector has the greatest energy and environmental impact. Initiatives such as Kyoto Protocol, car manufacturers’ investments in alternative fuels and new propulsion technologies and the encouragement of local sustainable mobility are the example of a growing energy and environmental policy. Life Cycle Analysis (LCA) gives the possibility to take into account energy consumption and pollutant emissions of an alternative fuel from its production to the use in vehicles and to perform the comparison of its energetic and environmental performance with a conventional fuel. Hydrogen (H2) has a clean combustion, important fact for use in vehicles. Much of car manufacturers has devoted their research to create a hydrogen vehicle. However the H2 prurest absence become this study object. The main objective of this Master Thesis is to update the LCA tool GREET (developed by Argonne National Laboratory), since this includes the American reality, in order to perform the LCA of H2. For energy consumption and pollutant emissions in the production of photovoltaic panels and wind towers consulted the GEMIS model (developed by Oto-Istitute), which along with the update of GREET model originate MACV2H2. After the calibration MACV2H2 was applied to a case-study based on the route from Oceanarium (Lisbon) to the Music House (Porto), with passenger cars. It was concluded that the use of wind energy is the best way to produce H2, both in terms of energy consumption and pollutant emissions. The H2 produced by electrolysis of electricity from wind energy and applied in fuel cell vehicles (FCV) presents better results than the internal combustion engine (ICE) gasoline vehicle, with the exception of the emission of PM per kilometer. The greenhouse gases (GHGs) emissions per kilometer are 85% lower than the ICE vehicle. The production of hydrogen by electrolysis with electricity of Portuguese power generation system presents the worse well-to-pump (WTP) and well-to-wheel (WTW) results (this H2 applied in FCV presents an increase of 43% in GHG emissions per kilometer when compared with the ICE gasoline vehicle).