Conheça o hidrogênio verde a saiba como ele pretende revolucionar a produção de energia no mundo e com emissão, praticamente, zero de CO2
Mauricio Cunha
Executivo da Unidade de Energia da ABB
“O uso do hidrogênio (H2) como produção e armazenamento de energia é bem conhecido há décadas, mas nos últimos anos sua capacidade de reduzir emissões de carbono tornou-se um assunto popular nos círculos de energia e da indústria”
Energia renovável é uma pauta que não deixa de ser notícia, seja pela limitação do combustível fóssil, seja pelo preço e especulação relacionados ao petróleo e ao gás. Além da energia solar e da eólica, mais conhecidas, existe, hoje, uma outra fonte de energia que é consonante aos objetivos globais de sustentabilidade, é o chamado hidrogênio verde, derivado da eletrólise da água. Quem vai nos detalhar suas vantagens é o Executivo da Unidade de Energia da ABB, empresa multinacional, com sede nem Zurique, Suíça, especializada em tecnologias de energia e automação. Conheça, então, o processo que pretende transformar a produção de energia no mundo e saiba por que ele ainda não está popularizado.
1. O que é hidrogênio verde e qual a diferença para os hidrogênios cinza e azul?
• Verde - derivado de fontes renováveis (Eólica, solar), produzido através da eletrólise, sem subproduto CO2 na sua cadeia de produção
• Azul - derivado do gás natural com CCUS (*)
• Cinza - derivado do gás natural sem CCUS (*)
(*) CCUS – Carbon Capture, Utilization and Storage: processo de captura de carbono – CO e CO2 – gerados no processo de produção do hidrogênio.
2. Por que ele é importante para os objetivos mundiais referentes à neutralização da emissão de carbono?
O hidrogênio é um excelente armazenador e portador de energia. Ele possui três vezes mais energia por unidade de massa do que a gasolina. Como exemplo: a produção de um galão de gasolina gera 9.1 Kg de CO2, enquanto o Hidrogênio VERDE, advindo da eletrólise da água, gera ZERO. Importante observar que atualmente 78% do hidrogênio produzido não é do tipo VERDE e sim do Cinza ou Azul, advindo do processo conhecido SMR, derivado do gás natural, justamente por ser mais barato (Custa metade do valor do H2 Verde). A produção de 1 Kg desse hidrogênio SMR gera 9.3 Kg de CO2.
3. Quais são as principais utilizações do hidrogênio verde?
Grande parte da produção mundial de hidrogênio é usada em apenas em três aplicações:
• 33% em refinaria de petróleo, como um agente de dessulfurização;
• 27% na síntese de amônia, principalmente para uso em produção de fertilizantes;
• 11% na produção de metanol, uma matéria-prima comum para outras químicas.
4. Nesse sentido, pode desenvolver um pouco sobre como ele pode ser utilizado na siderurgia?
Como todo combustível utilizado no processo, o hidrogênio pode substituir carvão e/ou gás natural em todas as áreas em que esses combustíveis são utilizados na indústria. A principal razão dessa transição energética é o compromisso das indústrias de descarbonização do setor, com menor quantidade de CO2 emitido. A comunidade internacional do aço está confrontada com o desafio de desenvolver processos que tornam a produção de aço mais sustentável no futuro, minimizando a emissão de gases causadores do efeito estufa.
5. Quais são as principais vantagens e desvantagens do uso de hidrogênio verde?
Em linhas gerais, a principal vantagem do hidrogênio verde é a contribuição para os objetivos globais de sustentabilidade. Por ser transportável, também é uma alternativa a outras fontes de energia elétrica que precisam ser interligadas por linhas de transmissão, por exemplo. A principal desvantagem ainda é o custo de produção. A tendência é que o ganho de economia de escala, tanto na energia necessária para a eletrólise assim como o processo como tal, venha a dar bastante competitividade para esse produto num futuro próximo.
6. Quais tipos de inovações são demandados para a utilização de hidrogênio verde?
Fortalecendo a cadeia de valor do hidrogênio. A visão da ABB sobre a cadeia de valor do hidrogênio tem como base o desenvolvimento de sistemas integrados de energia renovável e uma ênfase em projetos de caso de usos múltiplos com o apoio de sistemas digitais avançados. Começando com a produção, é importante entender que todas as tecnologias de produção do hidrogênio serão necessárias para avançar a indústria. O SMR é o que provavelmente vai permanecer como método de produção dominante devido à sua vasta base instalada. Assim, os produtores de hidrogênio devem explorar formas de otimizar a eficiência no processo do SMR e reduzir o consumo de energia, bem como o custo, enquanto alternativas de baixo carbono (isto é, eletrólise) puderem ser ainda desenvolvidas e comercializadas. Plantas existentes também podem buscar adicionar CCUS para tratar as emissões, principalmente se a captura do carbono for exigida sob novos regulamentos. Isso exigirá que uma determinada planta revisite o sistema de potência de apoio para garantir o novo processo – essencialmente, uma nova planta química – operará de forma eficiente, segura e confiável próxima ao processo de produção. Em termos de novas plantas de eletrólise, os produtores de hidrogênio enfrentam alguns desafios na fase do projeto: selecionar uma tecnologia de eletrólise (ex: membrana de troca de próton vs. alcalina), dimensionar o sistema, optar por linhas de produção paralelas – tudo isso tem implicações, em particular para eletrificação da planta. É importante para os produtores de H2 olharem para soluções modulares que irão permitir-lhes escalar a produção enquanto mantêm a segurança e a confiabilidade. Finalmente, a padronização do conceito final da planta cobrindo sistemas, equipamentos e engenharia irá reduzir custos em projetos subsequentes. Projetar um sistema de distribuição elétrico robusto, porém econômico, é vital. Os operadores devem levar em consideração a flexibilidade operacional no projeto elétrico, por exemplo em como isso impacta a estabilidade do sistema. Também, operar retificadores grandes será necessário lidar com harmônicas no sistema elétrico para manter a qualidade da energia. Gerenciar a intermitência das fontes de energias renováveis será fundamental. Isso implica o uso do armazenamento em baterias e uma filosofia de controle suportada por algoritmos potentes. Todos esses fatores devem ser considerados e otimizados no projeto final. Existem também grandes diferenças entre os fornecedores na topologia do eletrolisador; portanto, a interface entre o eletrolisador e o sistema de energia deve ser otimizada para a abordagem escolhida. Por esta razão, e para tratar os pontos anteriores, é essencial que os produtores de hidrogênio procurem um parceiro expert para equilíbrio elétrico da planta. Esta parte de um projeto representa cerca de 1/3 do custo total do investimento, e deve garantir confiabilidade, flexibilidade operacional e desempenho da planta no longo prazo.
7. A produção de hidrogênio é uma nova tecnologia?
Embora a produção de hidrogênio não seja uma nova tecnologia por si só, produzi-la em escala, é. Alguns fornecedores não acostumados a entregar projetos de grande porte podem não estar atentos a alguns problemas que surgem quando não há uma resposta clara. Por exemplo, não é tão simples otimizar a interface eletrolisador-retificador em grande escala hoje. Cada projeto deve ser projetado para adequar os requisitos específicos e restrições operacionais. Também é importante olhar além do hardware e lógica de controle. O serviço, por todo o ciclo de vida do projeto, também é de vital importância. Escolher um parceiro que possa dar suporte no pré-design/FEED por meio da instalação, comissionamento e suporte em processo vai garantir a continuidade ao longo da vida do projeto.
8. Como se dá o processo de hidrogênio verde na produção de energia?
O H2 Verde funciona como qualquer outro combustível, como por exemplo: gás natural, na produção de energia. Dado seu alto poder calorífico, aumenta a eficiência na geração de energia.
9. Conforme você disse, a tecnologia que usa hidrogênio verde ainda é dispendiosa. Qual expectativa com relação à viabilidade do custo?
O uso do hidrogênio (H2) como produção e armazenamento de energia é bem conhecido há décadas, mas nos últimos anos sua capacidade de reduzir emissões de carbono tornou-se um assunto popular nos círculos de energia e da indústria. Houve alguns projetos interessantes, desde instalações de produção que operam ligadas à energia renovável até a aplicações inovadoras de células de combustível de hidrogênio, mas muito resta a ser feito para o H2 ganhar escala e se tornar um componente-chave de uma economia e de um sistema energético mais sustentáveis. A indústria do hidrogênio está amadurecendo, mas prevê-se que seu futuro abandone métodos de produção que dependam de combustíveis fósseis (gás natural) para a eletrólise zero carbono fornecido por energia de fontes renováveis. Chegar lá será um desafio. Reduzir custos é fundamental, assim como estabelecer um valor sobre o carbono ‘evitado’ para que os mercados tenham os sinalizadores corretos de investimentos. Para os players da indústria, é vital fortalecer toda a cadeia de valor do hidrogênio e abordar o desenvolvimento do setor a partir de uma perspectiva holística e colaborativa.
10. Qual o impacto do hidrogênio verde no meio ambiente?
O H2 verde entra como uma compensação ambiental, ajudando as empresas a atingirem seus objetivos de neutralidade na geração de carbono. Como nenhuma parte do processo de geração de H2 verde gera CO2, talvez o único impacto ambiental seria o grande consumo de água no processo de eletrólise, que pode ser driblado com equipamentos conhecidos como dessalinizadores, que produzem a água do processo, utilizando a água do mar.
11. Qual a realidade do hidrogênio verde no Brasil, como essa realidade se compara com o resto do mundo?
O Brasil ainda não possui uma política de país para o desenvolvimento dessa fonte energética. É primordial que o Brasil consiga produzir uma molécula de hidrogênio muito competitiva e, na prática, as condições de contorno são muito favoráveis – já que temos conseguido ser bastante eficientes na geração de energia renovável como Hidrelétricas, Eólica e Solar, além de termos água em abundância e uma infraestrutura crescente para exportação ou distribuição do hidrogênio no mercado local.
12. Como essa tecnologia impacta em outros setores?
Casos de usos futuros e atuais para o hidrogênio refletem a flexibilidade desse vetor de combustível/energia. Uma das aplicações mais discutidas está no suporte às redes de energia, tanto em armazenamento como em geração de energia. As turbinas a gás de hoje já podem acomodar um mix de 5% de hidrogênio até 95% de metano 2; concentrações maiores poderiam ser manuseadas com novos designs. A IEA (sigla em inglês da Agência Internacional de Energia) ainda sugere que “nos fatores de baixa capacidade típicos de plantas de energia flexíveis, o hidrogênio custando abaixo de $2,50/kg tem um bom potencial para competir” como um combustível de geração. Deslocar gás natural (ou, melhor ainda, o carvão) melhoraria a qualidade do ar e da saúde pública. O hidrogênio também pode fornecer sistemas de backup para sustentar a sua resiliência. Uma das aplicações mais atrativas do hidrogênio no contexto de armazenamento está no uso do excesso de geração de energia renovável (ex: eólica) para produzir hidrogênio durante os horários fora do pico. A Alemanha já está experimentando combinar a produção de H2 com energia eólica offshore. Talvez o caso de uso mais interessante para o H2 no setor de energia envolva usá-lo em redes existentes de gás. Aparelhos domésticos, como fornos a gás, podem aceitar até 30% de hidrogênio sem quaisquer efeitos colaterais. Processos industriais variam amplamente em relação a isso, mas, simplesmente, substituir 5% de um volume de uma rede de tubulação de gás com H2 representa algo muito tangível e aumentaria drasticamente a demanda global por hidrogênio. Isso, por sua vez, estimularia investimentos na produção de H2 e seria o incentivo para aplicações multiuso mais inovadoras. No transporte, o hidrogênio tem muito a oferecer, principalmente na forma de células de combustível a H2 vinculadas a motores elétricos. Células de combustível já estão disponíveis em carros e oferecem maior alcance do que baterias de lítio-íon devido à sua maior densidade de energia. Frotas veiculares são as principais candidatas para a adoção antecipada de FCEVs (Fuel Cell Electric Vehicle) – com demanda a partir do reabastecimento no local, o custo de estações de H2 cairia, tornando-as mais baratas para o uso do consumidor. Células de combustível também são uma substituição potencial para a energia a diesel em navios, e, aqui, podemos ter um business case em desenvolvimento para um navio de H2 utilizando propulsão elétrica, recebendo energia por células de combustível alimentadas pela carga do navio. Com a assinatura de um memorando de entendimento com a Hydrogen de France (HDF) e a produtora de célula de combustível Ballard Power, a ABB agora está firmando parceria com ambas empresas para um sistema de propulsão e energia em escala de megawatt para navios oceânicos. Espera-se que o consórcio tenha um protótipo em funcionamento nos próximos anos.
13. Fale-nos um pouco sobre a ABB e como ela trabalha como o hidrogênio verde?
A transformação sustentável exige expertise no processo com um roadmap ambicioso da evolução, mas realista, tendo um plano de transição imediato, mas gradual. Para a transformação de uma cadeia de valor da energia do uso intensivo do CO2 para operações zero carbono, você precisa de parceiros que entendam todos os passos envolvidos – desde a geração da energia primária, para criar o mix de energia ideal durante todo o percurso, até o ponto de vendas e poder oferecer e integrar um portfólio de soluções para ter essa combinação. O amplo escopo da ABB abrange a cadeia de valor completa do hidrogênio, desde a produção, transporte, armazenamento, até a distribuição e consumo final. Estamos colaborando com parceiros para criar o ecossistema do Hidrogênio. Nós acreditamos que um ecossistema sustentável e economicamente vibrante depende da colaboração ativa com especialistas por toda a cadeia de valor; experiência e expertise nos usos e aplicações reais e relacionados; e mais importante, uma visão holística e integrada das soluções e abordagem que podem moldar a cadeia de valor. A ABB traz uma combinação única de experiência, expertise e visão para a indústria do hidrogênio, com 130 anos de inovação, 105.000 funcionários em mais de 100 países, e mais de 50 anos no setor de energia:
- Tecnologia pioneira, permitindo energia eficiente e operações de baixo carbono por indústrias tradicionais;
- Integração comprovada e expertise na execução de projeto, potencializando a tecnologia e parceiros de engenharia em projetos complexos globalmente;
- Novos modelos, fornecendo suporte no desenvolvimento de modelos de energia novos e renováveis.
Comprometidos com o futuro da energia limpa, com forte capacidade na entrega de projetos renováveis e um sólido comprometimento para ajudar todos os clientes na transição para o futuro da energia mais limpa. A ABB é uma empresa líder global em tecnologia que impulsiona a transformação da sociedade e da indústria para um futuro mais produtivo e sustentável. Ao conectar software ao seu portfólio de eletrificação, robótica, automação e soluções de acionamentos, motores e geradores, a ABB expande os limites da tecnologia para levar o desempenho a novos níveis.
