O que é hidrogênio verde, como é feito e será o combustível do futuro?

 James Purtill (Alpha ABC Au)

3 MIN LEITURA

(Alpha ABC Au)

Abundante, barato e de queima limpa, o hidrogênio há muito é descrito como o combustível do futuro. Esse futuro nunca se materializou totalmente, no entanto, devido às desvantagens do hidrogênio. É difícil de transportar, pode tornar o metal quebradiço e é 20 vezes mais explosivo do que a gasolina. Mas, nos últimos anos, o “hidrogênio verde” – hidrogênio feito sem combustíveis fósseis – foi identificado como a fonte de energia limpa que poderia ajudar a trazer o mundo a emissões líquidas zero.

Bilhões de dólares em capital de investimento e apoio do contribuinte fluíram para o setor, e os preços das ações das empresas dispararam. Isso se acelerou nos últimos meses, impulsionado pela crescente adoção de veículos de emissão zero, um prazo definido por muitos países para se tornarem livres de carbono até 2050 e o apoio do presidente dos EUA, Joe Biden, à energia limpa.

A União Europeia planeja expandir projetos de hidrogênio renovável e investir um montante acumulado de 470 bilhões de euros (US $ 740 bilhões) até 2050. Em novembro, o magnata da mineração da Austrália Ocidental, Andrew Forrest, anunciou planos de investir bilhões de dólares em hidrogênio verde para expandir seu novo negócio de energia.

Na primeira das palestras da ABC Boyer na sexta-feira, ele enfocou o potencial da Austrália para produzir “aço verde”, que usa hidrogênio verde no lugar de combustíveis fósseis para alimentar os altos-fornos de minério de ferro.“O impacto imediato e multiplicador sobre a economia australiana, se entendermos direito, pode ser nada menos que a construção da nação”, disse ele na palestra.

Então, o que é hidrogênio verde? Como pode ser usado? E o hype é muito ar quente?

O que torna o hidrogênio verde “verde”?

O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo, mas aqui na Terra ele não parece puro na natureza e requer energia para se separar. A técnica mais comum é extrair hidrogênio da água, que é duas partes de hidrogênio e uma parte de oxigênio (daí H2O).

Fazer isso é bastante simples. Você pode usar calor e reações químicas para liberar hidrogênio de materiais orgânicos, como combustíveis fósseis. Mas isso é extremamente poluente. A produção mundial de hidrogênio é responsável por emissões de CO2 equivalentes às do Reino Unido e da Indonésia combinadas. (O hidrogênio é usado principalmente na indústria de refino de petróleo e para produzir fertilizantes de amônia.)

Existe uma maneira mais limpa de obter hidrogênio: uma forte corrente elétrica que passa por um tanque de água divide a molécula em seus dois elementos constituintes. Isso é chamado de eletrólise. Os átomos de hidrogênio formam moléculas de hidrogênio (H2) e as moléculas de oxigênio também formam pares. Cada um pode então ser engarrafado (mais sobre isso mais tarde).

Se a eletricidade é gerada a partir de fontes renováveis, como solar ou eólica, a produção de hidrogênio dessa forma não emite gases de efeito estufa. É assim que chegamos a todos os diferentes tons de hidrogênio:

  • Hidrogênio marrom é produzido usando carvão onde as emissões são liberadas para a atmosfera.
  • Hidrogênio cinza é produzido a partir do gás natural, onde as emissões associadas são liberadas para a atmosfera.
  • Hidrogênio azul é produzido a partir do gás natural, onde as emissões são capturadas usando a captura e armazenamento de carbono.
  • Hidrogênio verde é produzido a partir da eletrólise movida a eletricidade renovável.
Um gráfico mostrando duas maneiras diferentes de produzir hidrogênio.
Uma comparação do processo de produção para os tipos de hidrogênio “azul” e “verde”. (Fornecido: Woodside)

Caro, mas está ficando mais barato

O hidrogênio convencional e o hidrogênio azul custam cerca de US $ 2 por quilograma (embora o preço varie dependendo de onde é produzido), enquanto o hidrogênio verde custa cerca de duas vezes mais. Esse preço, no entanto, está caindo vertiginosamente com os preços das energias renováveis ​​e custos mais baratos para fazer equipamentos usados ​​para eletrólise, chamados eletrolisadores.

Um relatório da Universidade Nacional da Austrália estimou no ano passado que a Austrália poderia atualmente produzir hidrogênio verde em cerca de US $ 3,18-3,80 por kg e US $ 2 por kg até o final da década.

Com esse preço, seria competitivo em termos de custo com os combustíveis fósseis, dizem os especialistas. Fiona Beck, física da ANU e coordenadora da iniciativa de pesquisa Energia Zero-Carbono para a Ásia-Pacífico, um projeto de hidrogênio combustível, disse que não há “bloqueios tecnológicos” para a produção de hidrogênio verde barato.

“É tudo viável”, disse ela.

Tim Buckley, analista de mercado de energia do Instituto de Economia de Energia e Análise Financeira (IEFA), prevê que o preço do hidrogênio verde cairá 70% na próxima década em países com energias renováveis ​​baratas.

“Onde o hidrogênio verde vai funcionar quase inevitavelmente é onde a energia verde será quase gratuita”, disse ele. “Lugares como Rajasthan na Índia ou Pilbara na Austrália.”

A large solar array in Karnataka state in India
Um grande painel solar no estado de Karnataka, na Índia, um país que possui alguns dos maiores painéis solares do mundo. (Getty Images: Jonas Gratzer)

Como o hidrogênio verde pode ser usado?

O hidrogênio pode ser usado de duas maneiras. Ele pode ser queimado para produzir calor ou alimentado em uma célula de combustível para produzir eletricidade.

Um relatório CSIRO de 2018 descreve várias aplicações potenciais para hidrogênio:

  • Carros e caminhões elétricos a hidrogênio com célula de combustível
  • Navios porta-contêineres movidos a amônia líquida feita de hidrogênio
  • Refinarias de “aço verde” queimando hidrogênio como fonte de calor em vez de carvão
  • Turbinas de eletricidade movidas a hidrogênio que podem gerar eletricidade em horários de pico de demanda para ajudar a firmar a rede elétrica
  • Como substituto do gás natural para cozinhar e aquecer residências.

O relatório previu uma oportunidade para a Austrália exportar hidrogênio para países famintos por energia que não têm acesso a energia renovável barata. Ele estimou que a demanda potencial por hidrogênio importado na China, Japão, Coréia do Sul e Cingapura poderia chegar a US $ 9,5 bilhões até 2030.

Em 2050, de acordo com a empresa de gestão de investimentos Goldman Sachs, o hidrogênio verde poderia fornecer até 25% das necessidades mundiais de energia e se tornar um mercado de US $ 10 trilhões (US $ 13 trilhões). Mas em meio a todo esse exagero, o futuro do hidrogênio ainda não está garantido. Para se tornar uma importante commodity de exportação, os problemas de armazenamento e transporte de hidrogênio precisam ser superados.

Algumas grandes ressalvas

Como qualquer gás, o hidrogênio pode ser comprimido e armazenado em tanques e, em seguida, usado conforme necessário. No entanto, o volume do hidrogênio é muito maior do que o de outros hidrocarbonetos; quase quatro vezes mais que o gás natural, por exemplo.

Seu armazenamento requer compressão a 700 vezes a pressão atmosférica normal ou refrigeração a menos 253 graus Celsius, que é quase zero absoluto. Estima-se que o custo de fazer isso pode agregar de 60 centavos a US $ 7 por kg , tornando-o menos competitivo com outros combustíveis.

Além do custo de armazenamento, há um problema com tubos. Os átomos de hidrogênio sob pressão são pequenos o suficiente para deslizar pelo aço sólido, o que significa que o encanamento de gás natural muitas vezes não pode ser facilmente convertido para bombear hidrogênio, disse Beck.

Eletrodomésticos configurados para gás natural, como fogões e aquecedores, também precisariam ser substituídos ou reformados para lidar com hidrogênio. Sendo esse o caso, em muitos casos pode ser mais fácil simplesmente usar eletricidade, disse ela.

“No entanto, há certas coisas que você pode não ser capaz de eletrificar diretamente, ou pode haver alguns lugares onde você não é capaz de gerar energia renovável”, disse ela. “Nesses locais, ter combustível líquido é muito útil. Uma solução para os problemas de transporte é converter o hidrogênio em amônia (onde três átomos de hidrogênio se ligam a um nitrogênio para formar NH3).

Ao contrário do hidrogênio, a amônia pode ser armazenada sob pressão de maneira relativamente barata ou refrigerada como um líquido a -33 ° C à pressão atmosférica normal. Para muitas aplicações, uma vez que chegasse ao seu destino, a amônia teria que ser convertida novamente em hidrogênio. Com cada conversão – de água em hidrogênio para amônia e de volta para hidrogênio – a energia é perdida.

Os veículos elétricos ‘ganharam’ o transporte: especialistas

Por causa dessas deficiências, o hidrogênio terá dificuldade para competir com a eletricidade na maioria das situações, disse Peter Newman, professor de sustentabilidade na Curtin University. “Criar uma rede de hidrogênio totalmente nova levará décadas e por que nos preocupar quando já temos uma opção que será mais barata do que a gasolina e o diesel na década de 2020?” ele disse.

Ele previu que o hidrogênio terá um papel mais específico e será usado para a indústria em áreas regionais e rurais. Veículos elétricos movidos a baterias de íon-lítio “ganharam” a batalha pelo transporte, disse ele. “Eles são claramente a melhor opção. Só precisamos implementá-los.”

A graphic showing how renewable hydrogen is produced.
Como o hidrogênio renovável é produzido. (Fornecido: Hidrogênio Renovável)

Tim Buckley, do IEFA, também previu que o papel do hidrogênio verde seria descarbonizar as indústrias e aplicações que não podem ser eletrificadas. A lista do que não pode ser eletrificado está diminuindo à medida que o custo das energias renováveis ​​e das baterias cai, disse ele.

“O que tenho observado é o preço das ações da Tesla”, disse ele. “Esse é o mercado financeiro dizendo ‘quem se importa com o transporte de células de combustível de hidrogênio?’ Os veículos elétricos já venceram a corrida. “

A Tesla, que fabrica carros elétricos e também grandes baterias para redes elétricas, viu seu valor de mercado de ações subir sete vezes no ano passado. Richie Merzian, diretor do programa de clima e energia do Australia Institute, disse que o custo de conversão de aparelhos e atualização das redes de gás significa que o hidrogênio provavelmente não seria visto na maioria das casas.

Se for esse o caso, o futuro do hidrogênio pode estar em processos industriais de alta temperatura, como siderúrgicas, ou na fabricação de produtos com alto teor de amônia, como fertilizantes. “Há muito potencial lá e isso é emocionante”, disse ele.

“É provável que vejamos instalações de manufatura surgindo bem perto das instalações de hidrogênio.”

O que a Austrália está fazendo?

Vários grandes projetos de hidrogênio verde estão em desenvolvimento na Austrália.

Entre os maiores deles está o Centro Asiático de Energia Renovável de US $ 51 bilhões, que planeja produzir 26 gigawatts de energia solar e eólica barata para Pilbara. Isso é mais energia do que toda a frota de usinas elétricas movidas a carvão da Austrália.

Parte dessa eletricidade será usada para eletrolisar a água para criar hidrogênio, que será convertido em amônia para exportação. A Pilbara, claro, é uma grande fornecedora de minério de ferro. Com um suprimento abundante de hidrogênio, o “aço verde” poderia ser produzido em cidades como Port Hedland ou Karratha e exportado para o mundo todo.

Em outubro do ano passado, o Governo Federal concedeu ao hub “status de grande projeto” para agilizar o processo de aprovações e ajudá-lo a exportar seus primeiros embarques em 2028. Outros desenvolvimentos incluem a Origin Energy trabalhando com a Kawasaki Heavy Industries do Japão em um projeto de exportação de hidrogênio líquido verde em Townsville.

O governo da Austrália do Sul lançou um projeto de US $ 240 milhões para construir a maior usina de amônia verde do mundo. O Governo Federal, por sua vez, preparou uma estratégia para “posicionar a [indústria do hidrogênio] como um grande player até 2030”.

Mas ainda não se sabe se o hidrogênio produzido por essa indústria será verde ou azul (ou outra categoria de emissões). O governo financiou parcialmente um teste para produzir “hidrogênio azul” a partir do carvão no vale de Latrobe em Victoria e enviá-lo para o Japão.

Para ser azul, as emissões de efeito estufa devem ser capturadas e armazenadas no subsolo em um processo denominado captura e armazenamento de carbono. Até agora, isso não aconteceu, disse o Sr. Buckley.

“É hidrogênio marrom, não azul”, disse ele.

Também há dúvidas sobre se o dinheiro destinado a projetos de energia limpa será usado para financiar a captura e armazenamento de carbono, incluindo o hidrogênio azul. Em maio do ano passado, o governo anunciou que a Clean Energy Finance Corporation administrará um Fundo de Hidrogênio Avançado de US $ 300 milhões.

Alguns meses depois, introduziu alterações para permitir que a Clean Energy Finance Corporation invista em tecnologia como gás natural e captura de carbono. A legislação proposta foi contestada pelos Verdes e Trabalhistas, foi encaminhada a um comitê do Senado e ainda não foi aprovada.

Fusion

Redação Fusion Today