Questão 105 — ENEM 2017Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Fontes alternativas de energia, eletrólise e combustão do hidrogênio
• ⚡ Nível: Médio — a questão não exige cálculo, mas cobra a leitura precisa de um fluxograma técnico com várias etapas de conversão de energia
• 🎯 Tema/Habilidade: O hidrogênio como vetor energético em sistemas híbridos eólica-biogás — competência de reconhecer tecnologias que integram fontes renováveis para garantir fornecimento contínuo de energia
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "O que garante que a estação continue abastecendo a cidade de energia mesmo quando o vento para de soprar por um curto período?"
• Palavras-chave decisivas: ausência de ventos, continua abastecendo, armazenada na forma de gás hidrogênio
• Armadilha típica: imaginar que a resposta está na inércia mecânica das turbinas ou em algum processo elétrico "instantâneo" que dispensaria o vento, quando na verdade a chave é o estoque de hidrogênio já produzido.
• O que a resposta precisa demonstrar: compreender que o hidrogênio funciona como reserva de energia química, capaz de substituir a geração eólica direta durante as falhas de vento.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Eletrólise da água: processo em que a eletricidade (aqui, gerada pelas turbinas) quebra a molécula de H₂O em gás hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂); é a forma de "guardar" energia elétrica como energia química.
• Vetor energético: o hidrogênio não é uma fonte primária de energia — ele é um meio de armazenar e transportar a energia produzida por outra fonte, podendo ser liberada depois, quando necessário.
• Combustão da mistura combustível: reação exotérmica entre um combustível (aqui, biogás + H₂) e o comburente, liberando calor que pode ser convertido em eletricidade e/ou aproveitado como energia térmica.
• Sistema híbrido: combinação de uma fonte intermitente (vento) com uma fonte contínua (biogás, produzido por biomassa) usando o hidrogênio estocado como "amortecedor" energético nos períodos de baixa geração eólica.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "a energia gerada no parque eólico seja armazenada na forma de gás hidrogênio" → revela que o H₂ é um reservatório de energia, e não algo produzido e consumido no mesmo instante.
• Evidência 2 (na figura): o tanque de "Armazenamento de hidrogênio" envia uma seta de "Hidrogênio" até a válvula de mistura, que recebe também "Biogás" vindo do seu próprio armazenamento; dali sai "Mistura" para a "Planta mista de geração de energia", que produz "Eletricidade" (para a rede) e "Calor" (para o destino da energia térmica) — um circuito que não depende de as turbinas estarem girando naquele momento.
• Evidência 3: "usado no fornecimento de energia para a rede elétrica comum e para abastecer células a combustível" → confirma que o hidrogênio estocado tem dupla utilidade, sempre partindo do que já foi armazenado.
• Síntese: a falta de vento interrompe apenas a produção nova de hidrogênio (a eletrólise), mas o hidrogênio já acumulado no tanque continua disponível para alimentar a planta mista junto ao biogás, sustentando o fornecimento de eletricidade e calor à cidade.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Mapeando o fluxo de energia na figura

Seguindo as setas: as turbinas eólicas geram eletricidade que segue dois caminhos — parte vai direto à rede de distribuição, parte alimenta a "Produção de hidrogênio" (eletrólise). O H₂ produzido vai ao "Armazenamento de hidrogênio" e, dali, segue para a válvula de mistura (junto ao biogás) e também para o posto de "Combustível" (células a combustível). Na válvula, hidrogênio e biogás formam a "Mistura" que alimenta a "Planta mista de geração de energia", que produz eletricidade (para a rede) e calor (para o "Destino da energia térmica").

Subpasso 4.2 — O que acontece quando os ventos cessam

Sem vento, as turbinas param: não há mais eletricidade nem hidrogênio novos naquele instante. Mas o tanque já possui hidrogênio acumulado de momentos anteriores, pronto para uso imediato. Esse estoque segue para a válvula de mistura, combina-se com o biogás — produzido continuamente a partir de biomassa, independente do vento — e a planta mista queima essa mistura, liberando calor que se converte em eletricidade e também é aproveitado como energia térmica.

Subpasso 4.3 — Verificação

O abastecimento elétrico durante a ausência de vento depende, portanto, do hidrogênio já armazenado sendo queimado junto ao biogás — exatamente o que descreve a alternativa B.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) planta mista de geração de energia realiza eletrólise para enviar energia à rede de distribuição elétrica.

❌ Incorreta: a eletrólise ocorre na etapa "Produção de hidrogênio", alimentada pelas turbinas — não na planta mista, que faz o processo oposto: queima o combustível (mistura biogás + H₂) para gerar eletricidade e calor. A alternativa inverte a direção real do processo.

B) hidrogênio produzido e armazenado é utilizado na combustão com o biogás para gerar calor e eletricidade.

✅ Correta: é o mecanismo mostrado na figura — o hidrogênio estocado se mistura ao biogás na válvula, e essa mistura alimenta a planta mista, que converte a energia da combustão em eletricidade (para a rede) e calor, garantindo abastecimento contínuo mesmo sem vento.

C) conjunto de turbinas continua girando com a mesma velocidade, por inércia, mantendo a eficiência anterior.

❌ Incorreta: sem a força motriz do vento, a rotação das turbinas cai rapidamente e a geração direta de eletricidade é interrompida. A continuidade do abastecimento vem do hidrogênio já armazenado, não de um suposto movimento residual das pás.

D) combustão da mistura biogás-hidrogênio gera diretamente energia elétrica adicional para a manutenção da estação.

❌ Incorreta: a combustão libera calor, não eletricidade diretamente; a conversão exige uma etapa adicional (geração térmica), como a figura evidencia ao separar as saídas "Eletricidade" e "Calor". Além disso, a função central do sistema é abastecer a rede da cidade, não apenas manter a própria estação.

E) planta mista de geração de energia é capaz de utilizar todo o calor fornecido na combustão para a geração de eletricidade.

❌ Incorreta: nenhum processo real converte 100% do calor em eletricidade — perdas térmicas são inevitáveis. A própria figura mostra uma saída específica de "Calor" para o "Destino da energia térmica", evidenciando que parte da energia térmica é aproveitada separadamente, não integralmente convertida.

🏆 Gabarito: B — o hidrogênio funciona como reserva de energia química: mesmo sem vento, o gás já armazenado se combina ao biogás e é queimado na planta mista, garantindo eletricidade e calor de forma contínua para a cidade.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a alternativa B é a única que descreve corretamente o papel do hidrogênio estocado, elemento que garante o suprimento da estação durante a ausência de vento.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma apresentar fluxogramas técnicos de usinas e sistemas híbridos de energia (eólica, solar, biogás, hidrelétrica), exigindo que o aluno rastreie as setas de entrada e saída de energia e matéria entre os equipamentos.
• Generalização: em qualquer questão sobre "sistema híbrido de energia", identifique qual elemento funciona como ARMAZENAMENTO (bateria, hidrogênio, reservatório térmico) — ele é sempre o responsável por manter o fornecimento quando a fonte intermitente (vento, sol) falha.
• Dica de eliminação rápida: descarte de imediato alternativas que contradigam princípios básicos de conversão de energia, como "aproveitamento de 100% do calor" (alternativa E) ou "geração de eletricidade direta pela combustão, sem conversão" (alternativa D) — nenhum processo real atinge eficiência total nem dispensa uma etapa de conversão térmica-elétrica.
• Conexões: temas relacionados incluem células a combustível, eletrólise da água e rendimento de máquinas térmicas (segunda lei da termodinâmica).