Orientador: Ennio Peres da Silva

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Diversas estratégias têm sido propostas para a introdução do hidrogênio na economia, especificamente no setor de transportes para se reduzir impactos ambientais em comparação com os combustíveis convencionais. Uma das estratégias implica na utilização de Hidrano (misturas de hidrogênio e Gás...

Resumo: Diversas estratégias têm sido propostas para a introdução do hidrogênio na economia, especificamente no setor de transportes para se reduzir impactos ambientais em comparação com os combustíveis convencionais. Uma das estratégias implica na utilização de Hidrano (misturas de hidrogênio e Gás Natural Veicular), fazendo uso da infraestrutura de postos de GNV e dos veículos já existentes convertidos para uso de GNV. Dessa forma custos e prazos são reduzidos, tornando a introdução do hidrogênio mais promissora economicamente. Esta tese verifica se o hidrogênio pode ser imediatamente introduzido no mercado energético brasileiro através do Hidrano, com frações molares de hidrogênio de 10%, 20% e 30%. O hidrogênio será gerado através da eletrólise da água nos postos de GNV. Foram então determinados os custos do hidrogênio, os preços e a competitividade do Hidrano de forma a atender o perfil de vendas de um posto de porte médio nos Estados de São Paulo e Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor depende principalmente do preço de seu maior constituinte, o GNV, vendido na época a 1,308 R$/m3 no Estado de São Paulo e a 1,662 R$/m3 no Estado do Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor varia entre 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, dependendo de sua composição e da região. Em vista de sua competitividade em relação aos outros combustíveis automotivos, o Hidrano 10 apresenta bom potencial de introdução no mercado, inclusive do ponto de vista econômico. A competitividade entre os combustíveis no Estado de São Paulo é de 0,280 R$/km para a gasolina, 0,259 R$/km para o etanol, 0,111 R$/km para o GNV, 0,129 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,125 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo A4 Convencional. No Estado do Rio de Janeiro a competitividade é de 0,300 R$/km para a gasolina, 0,311 R$/km para o etanol, 0,141 R$/km para o GNV, 0,161 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,157 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do A4 Convencional. Também foram estimados os impactos dessa proposta em termos energéticos e ambientais. Há redução de emissões de CO2 e CO. As emissões de THC serão possivelmente reduzidas e as de NOx aumentadas. A proposta do Hidrano permite às concessionárias de energia elétrica entrarem no mercado de combustíveis veiculares e aumentar suas vendas. Ao mesmo tempo as concessionárias de gás natural terão reduzidas as vendas de GNV no curto prazo, o que deverá ser revertido no médio e longo prazos com os ganhos de rendimento trazidos pelo Hidrano aos veículos

Abstract: Several strategies have been proposed to introduce hydrogen in the economy specifically in the transport sector in order to reduce environmental impacts of conventional fuels. One of the strategies implies in adding hydrogen to compressed natural gas (HCNG), making use of the existing...

Abstract: Several strategies have been proposed to introduce hydrogen in the economy specifically in the transport sector in order to reduce environmental impacts of conventional fuels. One of the strategies implies in adding hydrogen to compressed natural gas (HCNG), making use of the existing refueling stations and natural gas fleet. Thus the costs and time for the introduction of hydrogen in the economy will be reduced. This thesis verifies whether hydrogen can be immediately introduced into the Brazilian energy market by means of HCNG, containing mole fractions of 10%, 20% and 30% of hydrogen, employed as fuel for conventional vehicles adapted to CNG. Hydrogen will be generated by water electrolysis in the CNG station. Then the cost of hydrogen and the prices and competitiveness of HCNG were determined to meet the sales profile of a midsize gas station in the states of Sao Paulo and Rio de Janeiro. The final price of HCNG depends mainly on the price of its major constituent, CNG, sold at that time for 1,308 R$/m3 in the State of São Paulo and for 1,662 R$/m3 in the State of Rio de Janeiro. The price of HCNG to the consumer varies between 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, depending on its composition and the region. In view of its competitiveness compared to other automotive fuels, HCNG 10 (CNG with 10% molar fraction of hydrogen) shows good potential for marketing. The competitiveness among fuels in the State of Sao Paulo is 0,280 R$/km for gasoline, 0,259 R$/km for ethanol, 0,111 R$/km for CNG, 0,129 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,125 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. In the State of Rio de Janeiro the competitiveness is 0,300 R$/km for gasoline, 0,311 R$/km for ethanol, 0,141 R$/km for CNG, 0,161 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,157 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. The energy and environmental impacts of this proposal were also estimated. There is a reduction of CO2 and CO emissions. THC emissions are likely to be reduced and NOx are likely to increase. The proposal of introducing HCNG allows electric utilities to enter the market for vehicular fuels and increase their sales. At the same time, natural gas utilities will have the sales of CNG reduced in the short term, although this trend may be reversed in the medium and long terms with performance gains brought by HCNG to vehicles