O hidrogênio é frequentemente descrito como o combustível do futuro e possui alto poder calorífico, quase três vezes maior que o diesel, gasolina e gás natural. Quando convertido em energia – acionado por motor a combustão ou outra aplicação – não emite gases de efeito estufa (GEE). O vazamento de hidrogênio remanescente na atmosfera, em contato com o oxigênio, produz vapor de água.
O hidrogênio, o elemento mais abundante no universo, raramente é encontrado isolado da Terra, mas é encontrado em muitos compostos, incluindo água, combustíveis fósseis e vários tipos de biomassa. A aquisição de gás, nestes casos, depende dos processos envolvidos. A mais comum é a reforma a vapor, que é uma reação química de hidrocarbonetos, geralmente gás natural, com água. O hidrogênio produzido dessa forma é chamado de cinza, pois o processo de conversão libera dióxido de carbono na atmosfera, ou azul, quando o dióxido de carbono resultante é capturado durante sua produção e armazenado geologicamente.
o hidrogênio verde O produto será utilizado na planta piloto do Ceará para substituir parte do carvão que abastece a Usina Termelétrica Pecém (UTE Pecém). “É um projeto de pesquisa e desenvolvimento. [P&D] O que nos permitirá perceber o ganho energético que o hidrogénio proporciona, com um rendimento energético quatro vezes superior ao do carvão”, afirma Cayo Moraes, COO da EDP.
A planta piloto de H2V também permitirá à empresa monitorar a viabilidade técnica, organizacional e econômica da produção do combustível. A expectativa é que a unidade forneça os subsídios necessários para decidir sobre a instalação de uma planta em escala industrial no estado. Nesse caso, o hidrogênio pode ser exportado para empresas europeias de energia, gerar combustível para veículos ou abastecer empresas industriais.
Especialistas em energia acreditam que o projeto é o primeiro de uma série de iniciativas voltadas à produção de hidrogênio verde no país. Só o governo cearense acrescentou 14 memorandos de entendimento com grupos privados interessados na produção de combustíveis no estado. “Talvez nem todos consigam. Mas se metade dos acordos estiver em vigor, teremos o equivalente a Itaipu em operação no Ceará entre 2025 e 2030”, afirma Rosian Medeiros, secretária-executiva de indústria da Secretaria de Desenvolvimento Econômico e Trabalho do Ceará (Sedet). A capacidade instalada da Usina Hidrelétrica de Itaipu, que é a maior do país, é de 14 gigawatts.
Rio Grande do Norte, Piauí, Pernambuco, Bahia, Minas Gerais, Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul também informaram que assinaram memorandos com geradores de energia. A corrida para atrair projetos de produção de hidrogênio verde é global. Chile, Japão, Alemanha, Holanda, Estados Unidos, Coreia do Sul, Austrália e China são alguns dos países que anunciaram programas nacionais de estímulo ao desenvolvimento tecnológico e à produção de H2V.
No mundo existem 520 projetos de usinas de hidrogênio, segundo o Hydrogen Council, um consórcio de representantes dos maiores produtores de gás. Se confirmados, exigiriam investimentos de US$ 160 bilhões. A associação estima que a produção de combustíveis ultrapassará 600 milhões de toneladas por ano (toneladas/ano) e responderá por 22% da demanda global de energia em 2050, permitindo uma redução de 20% nas emissões globais de gases de efeito estufa. As previsões da Agência Internacional de Energias Renováveis (IRENA) são mais modestas. Para ela, o setor produzirá 409 toneladas/ano em 2050, o que, segundo cálculos da entidade, representará 12% da demanda global de energia.
Atualmente, a contribuição do hidrogênio para a matriz energética global é ínfima. Praticamente todo o hidrogênio produzido, pouco mais de 100 milhões de toneladas por ano, é utilizado para fins químicos em processos industriais, como refino de petróleo, produção de fertilizantes, siderurgia e indústria química.
Especialistas antecipam que o processo de produção de H2V dominante nos próximos anos será a eletrólise da água – o mesmo proposto para a planta piloto do Ceará. Este método será obtido principalmente através de plantas equipadas com eletrolisadores (equipamento responsável pelo processo de eletrólise) alimentados a partir de fontes renováveis de energia, garantindo que todo o processo seja livre de gases de efeito estufa (Veja o gráfico).
Brasil se prepara para começar a produzir hidrogênio verde – Foto: Alexandre Afonso
Uma das principais barreiras para aumentar a oferta mundial de hidrogênio verde é a necessidade de ganhos de maturidade tecnológica na cadeia produtiva do hidrogênio, segundo o relatório “A Geopolítica da Transição Energética: O Fator do Hidrogênio”, divulgado pela IRENA em janeiro. Outro são os altos custos de produção e logística.
Segundo a Agência Internacional de Energia (AIE), o quilo de hidrogênio cinza custa pouco mais de US$ 1 – tornando-o competitivo com o gás natural. O custo médio do hidrogênio azul é de US$ 2,3 por quilo. O preço do quilo de hidrogênio verde varia entre US$ 3 e US$ 8, dependendo da fonte de energia utilizada e da região do mundo em que essa energia é produzida. A IRENA prevê que a expansão da oferta mundial de energia renovável e os ganhos em escala de produção farão do hidrogênio verde um concorrente do azul em 2030, e na próxima década os custos de produção se aproximarão dos oferecidos pelo hidrogênio cinza.
De acordo com o Plano Nacional de Expansão Energética (PDE 2031), elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), órgão vinculado ao Ministério de Minas e Energia, o Brasil está em condições de produzir hidrogênio verde a uma taxa mais barata do que o mercado internacional. média. O custo estimado do H2V – devido à falta de produção efetiva – varia entre US$ 2,2 e US$ 5,2 por quilo no país.
“A popularização do hidrogênio será uma necessidade. Estamos diante de uma emergência ambiental e o mundo já percebeu que não é mais possível contar com combustíveis fósseis para gerar eletricidade e abastecer veículos”, afirma o engenheiro Paulo Emílio Valadao de Miranda, Diretor do Laboratório de Hidrogênio da Pós-Graduação Alberto Luis Coimbatore e Pesquisa em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ) e Presidente da Associação Brasileira de Hidrogênio (ABH2).
Uma oportunidade para reduzir os custos de produção de hidrogênio é aumentar a eficiência do eletrolisador. Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais da Universidade Federal de São Carlos (CDMF-UFSCar), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) financiados pela FAPESP, estudam materiais capazes de reduzir o consumo de energia na indústria química processo de hidrólise da molécula de água. Como explicou a química Lúcia Helena Mascaro Sales, diretora de pesquisa do projeto, um dos melhores catalisadores – substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas na eletrólise – são os metais nobres, principalmente a platina. Níquel, cobalto ou molibdênio combinados com ligas de ferro ou sulfetos com ótimo desempenho também podem ser utilizados.
A equipe da UFSCar estuda o uso de materiais como óxido de titânio modificado com sulfeto de molibdênio ou várias ligas compostas por níquel, cobre, molibdênio e ferro. “Em escala laboratorial, demonstramos que é possível reduzir significativamente o consumo de energia na eletrólise da água”, diz Mascaro. A petrolífera anglo-holandesa Shell, co-patrocinadora com a FAPESP de outro projeto de pesquisa em que Mascaro está envolvido, em transportadores densos em energia, tem interesse em testar catalisadores desenvolvidos em plantas-piloto em Amsterdã, na Holanda e em Houston, nos Estados Unidos
Na Universidade Federal do Ceará (UFC), a professora Adriana Nunes Correa, do Departamento de Química Analítica e Físico-Química, estuda materiais metálicos capazes de aumentar a eficiência do eletrolisador e reduzir seus custos. A proposta de pesquisa, ainda em fase inicial, é utilizar células de eletrólise microbiana, utilizando microrganismos como biocatalisadores, para produzir hidrogênio a partir de efluentes domésticos ou industriais. A ideia é converter a energia química do esgoto em corrente elétrica, o que possibilita a obtenção de gás. “Esse processo permitirá a produção de hidrogênio e o processamento de resíduos orgânicos ao mesmo tempo”, diz Correa.
A pesquisa com foco no hidrogênio verde também é realizada na Universidade Federal do Paraná (UFPR). O químico Helton José Alves, coordenador do Laboratório de Materiais e Energias Renováveis, dedica-se ao estudo de novos métodos tecnológicos para produção de combustíveis. Um deles utiliza bactérias ácidas para destruir a biomassa remanescente de efluentes industriais.
A investigação resultou na publicação de dois artigos na revista Revista Internacional de Energia de Hidrogênio. O negócio lida com a produção de hidrogênio a partir de águas residuais em cervejarias. “A grande vantagem é reduzir os custos de produção e economizar recursos hídricos”, diz Alves. O processo produtivo para a produção de hidrogênio será referido como uma solução energética para a própria indústria na qual o efluente é gerado.
Outro método considerado de produção de hidrogênio é usar o método conhecido como reforma a seco do biogás. Alves explica que o sistema espera usar o metano e o dióxido de carbono presentes no biogás para gerar o gás de síntese, que é uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. O processo ocorre em reatores com catalisadores metálicos à base de níquel, a uma temperatura de 700-800 C. Em seguida, o gás de síntese é purificado para obter hidrogênio. Alves prevê: “Em cooperação com os parceiros, pretendemos instalar uma unidade piloto capaz de produzir 1 kg de hidrogénio por hora em 2022”. Ao contrário do sistema tradicional de reforma a vapor de gás natural, o sistema de secagem não necessita de água.
O estudo de métodos de produção de hidrogênio que não dependem de água pura para suas operações é de grande interesse e é acompanhado de perto por profissionais do setor. Segundo a IRENA, para produzir anualmente 409 milhões de toneladas de hidrogênio verde e suprir 12% da demanda global de energia em 2050, será necessário consumir entre 7 bilhões e 9 bilhões de metros cúbicos de água anualmente. O total é inferior a 0,25% do consumo atual de água doce. Pode parecer pequeno, mas é um tamanho impressionante em um mundo onde tal recurso é escasso.