🔋 Aula 05 - Armazenamento de Energia BESS, Hidrogênio Verde e Desafios de Intermitência

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Objetivos Pedagógicos e Escopo Técnico

• Compreender os impactos da penetração massiva de fontes renováveis variáveis (VRE - solar e eólica) no Sistema Interligado Nacional (SIN): perda de inércia mecânica rotacional, corte compulsório de geração (curtailment) e a fenomenologia da Curva da Banheira (Duck Curve).
• Analisar as tecnologias de Sistemas de Armazenamento de Energia em Baterias (BESS), contrastando células eletroquímicas de Fosfato de Ferro-Lítio (LFP), Níquel-Manganês-Cobalto (NMC), Baterias de Fluxo Redox de Vanádio (VRFB) e Íons de Sódio.
• Modelar matematicamente os parâmetros de desempenho do BESS: taxa C (C-rate), Estado de Carga (SoC), Profundidade de Descarga (DoD) e Rendimento de Ida e Volta (Round-Trip Efficiency).
• Dimensionar baterias para serviços ancilares: arbitragem tarifária, suporte de rampa, alívio de transmissão e inércia sintética via inversores formadores de rede (Grid-Forming).
• Dominar a termodinâmica da eletrólise da água para produção de Hidrogênio Verde (${\text{H}}_2\text{V}$), comparando eletrolisadores alcalinos (AEL) e de membrana polimérica (PEM), e avaliar a rota da Amônia Verde (${\text{NH}}_3$) para exportação global.

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1. Desafios da Intermitência e a Dinâmica da Rede Elétrica Moderna

A rápida substituição de geradores síncronos convencionais (hidrelétricas e termelétricas com gigantescos rotores de aço girando a $1.800$ ou $3.600\text{ RPM}$) por centrais solares e eólicas conectadas via inversores estáticos altera profundamente a estabilidade física do sistema de potência.

1.1 A Curva da Banheira (The Duck Curve)

A “Curva da Banheira” descreve o comportamento temporal da Demanda Líquida do sistema elétrico ao longo de 24 horas à medida que a capacidade solar instalada se expande:

$\boxed{\text{Demanda Lıˊquida}(t)=\text{Demanda Total dos Consumidores}(t)-\text{Gerac¸a˜o Solar e Eoˊlica Na˜o Despachaˊvel}(t)}$

Figura 5.1: A Duck Curve no sistema elétrico: depressão diurna por geração solar fotovoltaica e rampa crítica noturna mitigada por BESS.

🕹️ Simulador Dinâmico Interativo (Laboratório Virtual da Duck Curve e BESS)

Experimente a variação da Penetração Solar ($0$ a $22extGW$) e a adição de Bancos de Baterias BESS ($0$ a $10extGW$), observando em tempo real o aprofundamento da “barriga do pato”, a taxa da rampa crítica ao entardecer (GW/hora) e a suavização por peak shaving:

👉 ▶️ Clique para Abrir o Simulador da Duck Curve em Tela Cheia no Navegador (Arquivo no cofre: [[simulador_curva_do_pato_bess.html]])

Os Dois Problemas Operativos Críticos da Duck Curve:

1. A Barriga do Pato (Excesso de Geração Solar Diurna):
   • Ao meio-dia solar, a injeção simultânea de dezenas de gigawatts de energia solar derruba a demanda líquida para patamares mínimos históricos.
   • Usinas termelétricas inflexíveis e hidrelétricas a fio d’água não conseguem reduzir sua geração abaixo de seu mínimo técnico operativo sem correr risco de desligamento, resultando em sobreoferta e preços de curto prazo (PLD) que desabam para o piso regulatório.
2. O Pescoço do Pato (A Rampa Crítica do Pôr do Sol):
   • Entre 17h30 e 19h30, a geração solar desaparece completamente com a queda do sol, justamente no momento em que a população retorna às residências e a iluminação urbana é acionada.
   • Isso exige uma rampa de subida de potência ($dP/dt$) vertiginosa de dezenas de milhares de megawatts em menos de duas horas, demandando a entrada imediata de usinas hidrelétricas com reservatório ou baterias de resposta instantânea para evitar o colapso de frequência por déficit de geração.

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1.2 Curtailment (Corte Forçado de Geração Renovável)

O termo curtailment designa a ordem operativa emitida pelo ONS para redução forçada da potência ativa de usinas eólicas e solares.

• Causas Principais: Congestionamento nas linhas de transmissão da Rede Básica (linhas de $500\text{ kV}$ e elos CCAT de $\pm 800\text{ kV}$ operando em sua capacidade térmica máxima de escoamento do Nordeste para o Sudeste) ou excesso estrutural de energia no SIN que ameaça a estabilidade eletrodinâmica.
• Impacto Econômico: No Brasil, o descarte de energia renovável com custo marginal nulo ultrapassa centenas de gigawatts-hora mensais nos períodos de ventos e sol fortes, trazendo severos litígios regulatórios e prejuízos bilionários aos geradores.

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1.3 Perda de Inércia do Sistema Elétrico e o RoCoF

Em geradores síncronos convencionais, a energia cinética rotacional armazenada nos rotores ($E_k=\frac{1}{2}J{\omega }^2$) opõe-se naturalmente a qualquer variação brusca de rotação, atuando como um amortecedor inercial intrínseco.

A taxa de variação de frequência logo após a perda súbita de uma grande usina geradora é descrita pela Equação de Oscilação de Swing:

$\boxed{\text{RoCoF}={\frac{df}{dt}|}_{t=0^{+}}=\frac{f_0\cdot \Delta P_{\text{desbalanc¸o}}}{2\cdot H_{\text{sistema}}\cdot S_{\text{total}}}}$

Onde $H_{\text{sistema}}$ é a constante de inércia equivalente do sistema em segundos.

Como geradores solares e parques eólicos conectam-se por inversores eletrônicos desprovidos de massa giratória acoplada à rede, a penetração massiva de renováveis reduz $H_{\text{sistema}}$:

• Diante de uma contingência (ex: perda de um polo de linha de corrente contínua de Belo Monte), a frequência cai com velocidade explosiva ($df/dt$ muito alto), podendo disparar o Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC) e causar apagões antes que os reguladores mecânicos das turbinas hidrelétricas consigam abrir suas comportas ($2\text{ a }5\text{ segundos}$).
• A Solução Tecnológica: Sistemas BESS equipados com inversores inteligentes Grid-Forming (formadores de rede) capazes de injetar potência ativa em milissegundos ($<50\text{ ms}$), emulando inércia sintética perfeita.

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2. Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (BESS)

O BESS (Battery Energy Storage System) consolidou-se como o elemento chave para conferir flexibilidade e estabilidade às redes elétricas modernas.

2.1 Comparação das Tecnologias Eletroquímicas Estacionárias

2.2 Modelagem Matemática e Parâmetros Operacionais do BESS

1. Taxa C (C-Rate): Mede a velocidade com que a bateria é carregada ou descarregada em relação à sua capacidade nominal ($C_N$ expressa em $\text{Ah}$ ou $\text{kWh}$): $I=\text{C-rate}\times C_N$
   • Uma taxa de $1\text{C}$ descarrega a bateria completamente em $1\text{ hora}$.
   • Uma taxa de $0,25\text{C}$ ($C/4$) descarrega a bateria em $4\text{ horas}$ (padrão de BESS para deslocamento do pico solar).
   • Uma taxa de $2\text{C}$ descarrega em $30\text{ minutos}$ (padrão para regulação de frequência rápida).
2. Estado de Carga (State of Charge - SoC): Razão entre a carga remanescente e a capacidade máxima nominal: $\text{SoC}(t)=\text{SoC}(0)-\frac{1}{C_N}{\int }_0^{t}I(\tau )d\tau [0\le \text{SoC}\le 1,0\text{ ou }0\%\text{ a }100\%]$
3. Profundidade de Descarga (Depth of Discharge - DoD): $\text{DoD}=1-\text{SoC}$ Para maximizar a vida útil de células LFP para mais de 10 anos, opera-se normalmente limitando a profundidade de descarga em $DoD\le 80\%\text{ a }90\%$.
4. Rendimento de Ida e Volta (Round-Trip Efficiency - RTE): Relação entre a energia alternada recuperada na descarga e a energia alternada injetada na carga: ${\eta }_{\text{RTE}}=\frac{E_{\text{descarga,CA}}}{E_{\text{carga,CA}}}={\eta }_{\text{bateria,carga}}\cdot {\eta }_{\text{PCS}}\cdot {\eta }_{\text{bateria,descarga}}\cdot {\eta }_{\text{PCS}}\approx 85\%\text{ a }90\%$

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3. Hidrogênio Verde (${\text{H}}_2\text{V}$) como Vetor de Armazenamento Sazonal

Enquanto as baterias eletroquímicas dominam o armazenamento intradiário de curta duração ($1\text{ a }4\text{ horas}$), o Hidrogênio Verde é a única solução viável para o armazenamento energético sazonal de grande escala e para a descarbonização de setores industriais que não podem ser diretamente eletrificados (hard-to-abate sectors: siderurgia do aço verde, fertilizantes nitrogenados e aviação).

3.1 As Cores do Hidrogênio

• Hidrogênio Cinza: Produzido por reforma a vapor do gás natural fóssil (${\text{CH}}_4+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{CO}+3{\text{H}}_2$), emitindo cerca de $10{\text{ kg de CO}}_2$ por ${\text{kg de H}}_2$.
• Hidrogênio Azul: Reforma do gás natural associada à Captura e Armazenamento Geológico de Carbono (CCS).
• Hidrogênio Verde (${\text{H}}_2\text{V}$): Produzido exclusivamente por eletrólise da água alimentada $100\%$ por fontes renováveis (solar e eólica), com zero emissão líquida de carbono.

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3.2 Termodinâmica da Eletrólise da Água

A dissociação eletroquímica da molécula de água líquida em hidrogênio e oxigênio gasosos é um processo endotérmico:

${\text{H}}_2{\text{O}}_{(l)}+\text{Energia Eleˊtrica}+\text{Calor}⟶{\text{H}}_{2(g)}+\frac{1}{2}{\text{O}}_{2(g)}$

Sob condições termodinâmicas padrão ($25^{\circ }\text{C}$ e $1\text{ bar}$):

• Variação de Entalpia Total ($\Delta H$): $\Delta H=285,83\text{ kJ/mol}(\text{Energia total necessaˊria baseada no Poder Calorıˊfico Superior - PCS})$
• Variação da Energia Livre de Gibbs ($\Delta G$): $\Delta G=237,18\text{ kJ/mol}(\text{Trabalho eleˊtrico mıˊnimo obrigatoˊrio reversıˊvel})$
• Parcela de Entropia Térmica ($T\cdot \Delta S$): $T\cdot \Delta S=\Delta H-\Delta G=285,83-237,18=48,65\text{ kJ/mol}(\text{Pode ser fornecida como calor})$

Potenciais Eletroquímicos Notáveis:

1. Tensão Reversível Teórica ($V_{\text{rev}}$): $V_{\text{rev}}=\frac{\Delta G}{z\cdot F}=\frac{237.180\text{ J/mol}}{2\times 96.485\text{ C/mol}}\approx 1,229\text{ V}\approx 1,23\text{ V}$ Onde $z=2$ é o número de elétrons trocados por molécula de hidrogênio e $F=96.485\text{ C/mol}$ é a Constante de Faraday.
2. Tensão Termoneutra ($V_{\text{tn}}$): Representa a tensão na qual a reação ocorre adiabaticamente sem necessidade de calor externo e sem resfriamento: $V_{\text{tn}}=\frac{\Delta H}{z\cdot F}=\frac{285.830\text{ J/mol}}{2\times 96.485\text{ C/mol}}\approx 1,481\text{ V}\approx 1,48\text{ V}$

Em eletrolisadores industriais reais, as sobretensões ôhmicas e de ativação de eletrodos elevam a tensão de operação para $1,8\text{ a }2,2\text{ V por ceˊlula}$, resultando em um consumo específico de energia elétrica de:

$\boxed{\text{Consumo Especıˊfico Industrial: }50\text{ a }55{\text{ kWh de eletricidade por kg de H}}_2\text{ produzido}}$

Eficiência eletroquímica do eletrolisador baseada no PCS do hidrogênio ($141,8\text{ MJ/kg}=39,4\text{ kWh/kg}$):

${\eta }_{\text{eletrolisador}}=\frac{39,4\text{ kWh/kg}}{52\text{ kWh/kg}}\times 100\%\approx 75,7\%$

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3.3 Tecnologias de Eletrolisadores Industriais

1. Eletrólise Alcalina da Água (AEL - Alkaline Electrolysis):
   • Tecnologia mais madura do mercado, utiliza solução aquosa concentrada de hidróxido de potássio ($\text{KOH}$ a $20\%-30\%$) como eletrólito e eletrodos de níquel.
   • Baixo CAPEX, porém dinâmica de rampa lenta (demora dezenas de minutos para ligar e não opera bem abaixo de $20\%$ de carga), exigindo operação mais estável.
2. Eletrólise por Membrana Trocadora de Prótons (PEM - Proton Exchange Membrane):
   • Utiliza eletrólito sólido polimérico condutor de prótons (${\text{H}}^{+}$ - membrana de Nafion) com catalisadores de platina e irídio.
   • Dinâmica Ultrarrápida: Responde a variações de potência em milissegundos e suporta operação de $5\%$ a $150\%$ da potência nominal, sendo a tecnologia ideal para conexão direta com usinas solares e eólicas intermitentes.

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4. Estudo de Caso de Engenharia Resolvido: Dimensionamento de Sistema BESS para Peak Shaving e Alívio de Subestação

Enunciado do Projeto

Uma subestação de distribuição industrial opera no limite de sua capacidade térmica. Durante os dias úteis, entre 18h00 e 21h00 (3 horas consecutivas no Horário de Ponta), a demanda máxima atinge $P_{\text{pico}}=14\text{ MW}$, enquanto a capacidade firme segura do transformador da SE é de $P_{\text{limite}}=10\text{ MW}$.

• A distribuidora tem duas alternativas:
  • Alternativa A: Realizar uma obra civil pesada de substituição do transformador da subestação e recondutoramento de linhas a um custo estimado de \text{R\} , 35.000.000,00$.
  • Alternativa B: Instalar um sistema de baterias de grande porte (BESS) na barra de média tensão da subestação para realizar o corte da ponta de carga (peak shaving) durante as 3 horas críticas.

Dados Técnicos do BESS Selecionado (Tecnologia Fosfato de Ferro-Lítio - LFP):

• Período de descarga na ponta: $t_{\text{descarga}}=3,0\text{ horas}$ contínuas.
• O BESS deve descarregar uma potência constante de $\Delta P=P_{\text{pico}}-P_{\text{limite}}=14\text{ MW}-10\text{ MW}=4\text{ MW}$.
• Rendimento do sistema conversor de potência (inversor PCS bidirecional): ${\eta }_{\text{PCS}}=96\%$.
• Rendimento da bateria LFP na descarga: ${\eta }_{\text{bat}}=95\%$.
• Profundidade máxima de descarga para assegurar 15 anos de vida útil: $\text{DoD}=80\%$ ($0,80$).
• Margem de degradação da capacidade ao final da vida útil (End-of-Life - EoL): a bateria deve conseguir atender a demanda mesmo após perder $20\%$ de sua capacidade original ($SO{H}_{\text{EoL}}=80\%$).
• O BESS será recarregado durante a madrugada (01h às 05h), aproveitando energia barata com tarifa de fora de ponta.

1. Calcule a energia elétrica útil líquida em corrente alternada que o BESS deve entregar à rede durante as 3 horas da ponta ($E_{\text{uˊtil,CA}}$).
2. Determine a potência nominal do inversor PCS ($\text{MW}$).
3. Calcule a capacidade nominal de armazenamento de energia em corrente contínua que o banco de baterias deve possuir no dia de sua fabricação ($E_{\text{nominal,CC}}$ em $\text{MWh}$), considerando todos os rendimentos, DoD e margem de vida útil (EoL).
4. Calcule a taxa C (C-rate) de operação da bateria durante a descarga.
5. Calcule a energia elétrica total que deve ser comprada na madrugada para recarregar o BESS sabendo que o rendimento de carga é idêntico ao de descarga.

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Solução Passo a Passo e Rigorosa

Passo 1: Energia Útil Líquida Requerida em CA

A potência de corte na ponta é $\Delta P=4\text{ MW}$ durante $3\text{ horas}$:

$E_{\text{uˊtil,CA}}=\Delta P\times t_{\text{descarga}}=4\text{ MW}\times 3,0\text{ h}=12,00\text{ MWh}$

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Passo 2: Potência Nominal do Inversor PCS

O conversor bidirecional deve fornecer $4\text{ MW}$ contínuos na barra de CA. Considerando um fator de potência regulatório de $\cos \varphi =0,95$ indutivo para suporte de reativos:

$S_{\text{PCS}}=\frac{P}{\cos \varphi }=\frac{4\text{ MW}}{0,95}\approx 4,21\text{ MVA}$

Especifica-se um inversor PCS comercial padronizado de $4,5\text{ MVA}$ ou $5\text{ MVA}$.

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Passo 3: Dimensionamento da Capacidade Nominal da Bateria ($E_{\text{nominal,CC}}$)

A energia líquida entregue aos terminais de CA provém da energia química das células de lítio através das perdas do inversor e da bateria:

$E_{\text{descarga,ceˊlulas}}=\frac{E_{\text{uˊtil,CA}}}{{\eta }_{\text{PCS}}\cdot {\eta }_{\text{bat}}}=\frac{12,00\text{ MWh}}{0,96\times 0,95}=\frac{12,00}{0,912}\approx 13,158\text{ MWh}$

Como o sistema só pode ser descarregado até uma profundidade de $\text{DoD}=80\%$ ($0,80$):

$E_{\text{operativa}}=\frac{E_{\text{descarga,ceˊlulas}}}{\text{DoD}}=\frac{13,158\text{ MWh}}{0,80}\approx 16,447\text{ MWh}$

Para que essa energia operativa continue disponível no 15º ano de vida, quando as células atingirem o estado de saúde de fim de vida ($SO{H}_{\text{EoL}}=80\%$ da capacidade de fábrica):

$E_{\text{nominal,CC}}=\frac{E_{\text{operativa}}}{SO{H}_{\text{EoL}}}=\frac{16,447\text{ MWh}}{0,80}\approx 20,56\text{ MWh}$

$\boxed{\text{Especificac¸a˜o do Sistema BESS: }4\text{ MW}\text{ / }21\text{ MWh}\text{ em tecnologia LFP}}$

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Passo 4: Taxa C (C-Rate) de Operação

Na condição de operação nominal com bateria nova de $21\text{ MWh}$:

$\text{C-rate}=\frac{P_{\text{descarga}}}{E_{\text{nominal}}}=\frac{4,386{\text{ MW}}_{\text{CC}}}{20,56\text{ MWh}}\approx 0,21\text{C}(\approx C/4,8)$

• Análise Técnica: Uma taxa de descarga suave de $\approx 0,21\text{C}$ gera mínimo estresse eletroquímico e baixíssimo aquecimento Joule interno nas células de fosfato de ferro-lítio, garantindo estabilidade térmica excepcional e vida útil superior a $8.000\text{ ciclos}$ (mais de 20 anos de operação diária ininterrupta).

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Passo 5: Energia Comprada na Madrugada para Recarga

O Rendimento Global de Ida e Volta (Round-Trip Efficiency) é:

${\eta }_{\text{RTE}}=({\eta }_{\text{PCS}}\cdot {\eta }_{\text{bat}}{)}^2=(0,912{)}^2\approx 0,8317(83,17\%)$

Energia total em corrente alternada que deve ser importada da rede na madrugada:

$E_{\text{recarga,CA}}=\frac{E_{\text{uˊtil,CA}}}{{\eta }_{\text{RTE}}}=\frac{12,00\text{ MWh}}{0,8317}\approx 14,43\text{ MWh}$

• Balanço Econômico da Arbitragem:
  A distribuidora compra $14,43\text{ MWh}$ na madrugada a preço de fora de ponta (\approx \text{R\} , 200,00/\text{MWh} \implies \text{R$} , 2.886,00$)eentrega$12,00\text{ MWh}$nohor\acute{a}riodeponta,evitandoaexpans\tilde{a}odasubesta\stackrel{\backslash c}{c}\tilde{a}ode$\text{R$} , 35$ milhões e postergando obras pesadas de capital (CAPEX deferral) com payback extraordinário.

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5. Questões de Fixação e Concursos Comentados

Questão 01 - Petrobras / Engenheiro de Equipamentos Júnior - Eletricidade

(Banca Cesgranrio) O fenômeno operacional conhecido nos sistemas elétricos modernos como “Curva da Banheira” (Duck Curve) decorre fundamentalmente da inserção massiva de qual tipo de fonte de geração de energia?

• (A) Termelétricas a carvão mineral operando em ciclo Rankine subcrítico.
• (B) Usinas nucleares de água pressurizada do tipo PWR.
• (C) Centrais de geração solar fotovoltaica conectadas à rede de distribuição e transmissão.
• (D) Centrais geotérmicas de rocha seca fraturada profunda.
• (E) Motores a combustão interna a diesel para geração de emergência.

Gabarito Comentado: Alternativa (C).
A Duck Curve é o efeito clássico da geração solar fotovoltaica. A injeção maciça de eletricidade durante as horas ensolaradas do meio-dia provoca uma queda acentuada na curva de demanda líquida atendida pelas demais usinas (“barriga do pato”), seguida por uma rampa brusca de subida ao anoitecer quando a radiação solar cessa e a demanda residencial explode (“pescoço do pato”).

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Questão 02 - Eletrobras / Furnas - Engenheiro Eletricista

(Banca FGV) Dentre as tecnologias eletroquímicas atualmente empregadas em larga escala em Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (BESS) conectados ao sistema elétrico de potência, a química de Fosfato de Ferro e Lítio (LiFePO4 ou LFP) destaca-se frente à tecnologia de Níquel-Manganês-Cobalto (NMC) prioritariamente por:

• (A) Apresentar maior densidade energética volumétrica, sendo preferida em telefones celulares.
• (B) Apresentar maior estabilidade térmica intrínseca com reduzidíssimo risco de fuga térmica (thermal runaway), maior ciclo de vida útil e ausência de cobalto em sua composição.
• (C) Operar exclusivamente com eletrólito líquido inflamável que exige substituição a cada 6 meses.
• (D) Ter custo de aquisição 10 vezes superior ao de baterias de chumbo-ácido.
• (E) Não aceitar qualquer taxa de recarga acima de 0,01C.

Gabarito Comentado: Alternativa (B).
As baterias LFP possuem ligações químicas covalentes fósforo-oxigênio ($\text{P}-\text{O}$) extremamente fortes, que não liberam oxigênio mesmo em temperaturas elevadas, eliminando o risco de combustão espontânea em cadeia (thermal runaway). Além disso, oferecem vida útil de $6.000$ a $10.000$ ciclos e dispensam o uso de Cobalto, sendo o padrão hegemônico mundial para redes elétricas estacionárias.

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Questão 03 - ONS / Engenharia da Operação

(Banca Cesgranrio) No planejamento da operação em tempo real do Sistema Interligado Nacional (SIN), o fenômeno denominado curtailment refere-se:

• (A) Ao aumento intencional da frequência do sistema para 65 Hz.
• (B) À redução compulsória e controlada da geração de usinas eólicas e solares comandada pelo operador do sistema devido a restrições de escoamento na rede de transmissão ou excesso estrutural de oferta.
• (C) À queima de transformadores de corrente por sobrecarga capacitiva.
• (D) Ao desligamento programado de todas as hidrelétricas durante a estação chuvosa.
• (E) À cobrança de tarifas punitivas exclusivamente sobre consumidores residenciais rurais.

Gabarito Comentado: Alternativa (B).
O curtailment (corte de geração) ocorre quando a capacidade de geração eólica/solar excede a capacidade física de transporte das linhas de transmissão ou a capacidade de absorção do sistema mantendo os critérios de confiabilidade dinâmica, forçando o ONS a ordenar a redução da potência dessas usinas limpas.

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Questão 04 - CCEE (Câmara de Comercialização de Energia Elétrica) / Especialista em Mercado

(Banca FGV) Na termodinâmica da eletrólise da água para produção de Hidrogênio Verde (${\text{H}}_2\text{V}$), a tensão termoneutra ($V_{\text{tn}}$) sob condições padrão de $25^{\circ }\text{C}$ e $1\text{ bar}$ representa a tensão de célula na qual o processo ocorre sem troca de calor com o meio ambiente (processo adiabático). O valor teórico dessa tensão é aproximadamente igual a:

• (A) $0,45\text{ V}$
• (B) $1,23\text{ V}$
• (C) $1,48\text{ V}$
• (D) $2,75\text{ V}$
• (E) $13,8\text{ kV}$

Gabarito Comentado: Alternativa (C).
A tensão reversível baseada na Energia Livre de Gibbs ($\Delta G=237,2\text{ kJ/mol}$) é de $V_{\text{rev}}=1,23\text{ V}$. Já a tensão termoneutra baseia-se na Entalpia Total da reação ($\Delta H=285,8\text{ kJ/mol}$), calculada por $V_{\text{tn}}=\frac{\Delta H}{2F}=\frac{285.830}{2\times 96.485}\approx 1,481\text{ V}$. Abaixo de $1,48\text{ V}$, a eletrólise absorve calor do ambiente; acima de $1,48\text{ V}$, a célula dissipa calor e requer resfriamento forçado.

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Questão 05 - Petrobras / Engenheiro de Equipamentos Júnior - Transição Energética

(Banca Cesgranrio) Para viabilizar a exportação intercontinental de grandes volumes de Hidrogênio Verde produzido em complexos portuários industriais no Nordeste brasileiro (como o Porto do Pecém) em direção a mercados consumidores na Europa e Ásia, a rota de transporte químico mais favorável logisticamente consiste em converter o hidrogênio em:

• (A) Ácido sulfúrico concentrado.
• (B) Gás carbônico líquido sob vácuo.
• (C) Amônia Verde (${\text{NH}}_3$), obtida pela reação catalítica do hidrogênio verde com nitrogênio atmosférico (processo Haber-Bosch eletrificado).
• (D) Urânio metálico enriquecido.
• (E) Gás hélio supercrítico.

Gabarito Comentado: Alternativa (C).
O hidrogênio molecular (${\text{H}}_2$) possui densidade volumétrica extremamente baixa e sua liquefação pura requer temperaturas criogênicas severas de $-253^{\circ }\text{C}$. Ao sintetizar Amônia (${\text{NH}}_3$), obtém-se uma molécula que liquefaz a $-33^{\circ }\text{C}$ à pressão ambiente e cuja infraestrutura global de navios refrigerados, tanques portuários e manuseio já está plenamente madura no comércio mundial de fertilizantes.