A figura mostra o funcionamento de uma estação híbrida de geração de eletricidade movida a energia eólica e biogás. Essa estação possibilita que a energia gerada no parque eólico seja armazenada na forma de gás hidrogênio, usado no fornecimento de energia para a rede elétrica comum e para abastecer células a combustível.
Mesmo com ausência de ventos por curtos períodos, essa estação continua abastecendo a cidade onde está instalada, pois o(a)
A) planta mista de geração de energia realiza eletrólise para enviar energia à rede de distribuição elétrica.
B) hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com o biogás para gerar calor e eletricidade.
C) conjunto de turbinas continua girando com a mesma velocidade, por inércia, mantendo a eficiência anterior.
D) combustão da mistura biogás-hidrogênio gera diretamente energia elétrica adicional para a manutenção da estação.
E) planta mista de geração de energia é capaz de utilizar todo o calor fornecido na combustão para a geração de eletricidade.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química Geral (Combustíveis, Transformações de Energia, Reações de Combustão).
Nível da Questão: Médio.
Gabarito: B.
Tema/Objetivo Geral: Analisar como a produção de hidrogênio e seu armazenamento podem complementar a geração de energia elétrica em uma usina híbrida, suprindo demanda na ausência de vento.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- 📌 Retomar o Comando da Questão
“Mesmo com ausência de ventos por curtos períodos, essa estação continua abastecendo a cidade onde está instalada, pois o(a) …?” - 📌 Explicação Detalhada
O enunciado descreve uma usina híbrida de geração de energia. Ela aproveita fontes renováveis (vento, biogás) e também produz hidrogênio para armazenamento. Precisamos entender como, sem vento, a usina continua fornecendo energia. - 📌 Identificação de Palavras-chave
- “Estação híbrida”
- “Hidrogênio”
- “Biogás”
- “Falta de vento”
- “Abastecimento de energia”
- 📌 Definição do Objetivo
Determinar de que forma a usina consegue continuar gerando energia mesmo quando não há vento suficiente para as turbinas eólicas.
➡ “Agora que definimos o objetivo, vamos aos conceitos necessários.”
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
- 📌 Conceitos Teóricos Fundamentais
- Eletrólise: Processo para gerar hidrogênio a partir de água, usando eletricidade.
- Hidrogênio como Combustível: Hidrogênio (H₂) pode reagir com O₂ ou biogás, liberando energia.
- Biogás: Mistura gasosa, majoritariamente CH₄ e CO₂, obtida por fermentação de resíduos orgânicos.
- 📌 Fórmulas e Definições
- Reação de Combustão (genérica): Combustível + O₂ → CO₂ + H₂O + energia.
- Mistura Hidrogênio-Biogás: Combustão do H₂ + CH₄ gera calor, que pode ser convertido em energia elétrica.
➡ “Conceitos estabelecidos, vamos interpretar o texto da questão.”
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
- 📌 Análise do Contexto
A figura mostra uma estação híbrida. Quando há vento, geram-se eletricidade e hidrogênio (via eletrólise). Em períodos sem vento, esse hidrogênio armazenado é aproveitado, junto ao biogás, para gerar eletricidade. - 📌 Identificação de Frases-chave
- “…possibilita que a energia gerada no parque eólico seja armazenada na forma de gás hidrogênio…”
- “…usado no fornecimento de energia para a rede elétrica e para abastecer células a combustível.”
- 📌 Relação com o Conteúdo Químico
Trata-se de uma aplicação de reações de combustão e de armazenamento de energia química no hidrogênio. Assim, sem vento, há fonte alternativa de energia (biogás e H₂).
➡ “Agora, vamos desenvolver o raciocínio para entender a resposta.”
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
- 📌 Resolução Completa
- Quando há vento: turbinas geram eletricidade. Parte é consumida, parte pode ser usada na eletrólise para produzir hidrogênio.
- Armazenamento de H₂: o hidrogênio fica disponível para uso posterior.
- Sem vento: a eletricidade não pode vir das turbinas. Entretanto, o hidrogênio armazenado pode ser misturado ao biogás, gerando calor e eletricidade por combustão ou em células a combustível.
- Conclusão: o sistema não depende apenas do vento; conta também com o hidrogênio produzido e o biogás para continuar gerando energia.
➡ “Compreendido o raciocínio, vejamos as alternativas.”
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
- 📌 Reescrita das Alternativas
A) Planta mista de geração de energia realiza eletrólise para enviar energia à rede.
B) Hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com biogás para gerar calor e eletricidade.
C) Conjunto de turbinas gira por inércia, mantendo a eficiência.
D) Combustão da mistura gera energia elétrica adicional diretamente.
E) Planta mista aproveita todo o calor na combustão para gerar eletricidade. - 📌 Justificativa da Alternativa Correta
✅ Alternativa B: Sem vento, o hidrogênio armazenado e o biogás são utilizados em reações de combustão, fornecendo energia elétrica e calor. Assim, a usina continua funcionando. - 📌 Análise das Alternativas Incorretas
- ❌ A: Eletrólise consome energia; sozinha não envia energia à rede.
- ❌ C: Turbinas não se mantêm indefinidamente por inércia.
- ❌ D: Há necessidade de um gerador ou célula a combustível, não combustão “direta” em eletricidade.
- ❌ E: Nem todo calor pode ser convertido 100% em eletricidade.
➡ “Agora, concluamos a resposta.”
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
- 📌 Resumo do Raciocínio
A usina híbrida armazena energia na forma de hidrogênio quando há vento. Sem vento, esse H₂ é misturado ao biogás para gerar eletricidade, mantendo o abastecimento. - 📌 Reafirmação da Alternativa Correta
Letra B: “Hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com biogás para gerar calor e eletricidade.” - 🔍 Resumo Final
A continuidade de abastecimento elétrico mesmo sem vento deve-se ao uso do hidrogênio estocado e do biogás, cujos processos de combustão ou célula a combustível geram energia. Portanto, a alternativa B é a correta.
