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Hidrogênio, o herói líquido zero?

O hidrogénio verde poderá transformar o nosso sistema energético e resolver muitos desafios de abastecimento e emissões. Se isso acontecerá dependerá de quão economicamente ele pode ser produzido e quão atraente será para os consumidores.

Entre as tecnologias promissoras para impulsionar um futuro com emissões líquidas zero, o hidrogénio é um pouco atípico. Embora painéis solares, turbinas eólicas e usinas hidrelétricas aproveitem a energia fornecida pela natureza e a transformem em eletricidade, o hidrogênio não se enquadra nesse molde. Andreas Züttel, chefe do Laboratório de Materiais para Energia Renovável da EPFL, explica porquê: “O hidrogénio não é uma fonte de energia, é um transportador de energia.”

Já hoje, o hidrogénio está no centro do nosso sistema energético. Contendo mais energia por unidade de massa do que qualquer outra substância conhecida pelo homem, o hidrogénio serve como principal transportador de energia nos nossos combustíveis fósseis. A combustão livre do hidrogênio com o oxigênio lançou foguetes no espaço. E graças à nossa capacidade de controlar a sua combustão em células de combustível, agora alimenta uma frota de veículos em constante crescimento nas nossas estradas.

Segundo Züttel, o problema do hidrogénio utilizado hoje é que a maior parte dele, cerca de 95%, está sujo. Onde dependemos dele, como no hidrocraqueamento nas refinarias de petróleo, na produção de fertilizantes sintéticos e na indústria química, obtemo-lo a partir de combustíveis fósseis – o que significa uma forte pegada de carbono.

Uma mudança desafiadora para verde e limpo

Surpreendentemente, esta mesma substância está a ser aclamada como um contribuidor vital para um sistema energético com emissões líquidas zero. O Escritório Federal Suíço de Energia (SFoe) vê o hidrogênio limpo e verde desempenhando um papel importante no mix de energia limpa da Suíça até 2050, começando hoje perto de zero.

Conseguir isso exigirá uma grande limpeza de hidrogênio. Mudar do hidrogénio sujo para o hidrogénio limpo exigirá enfrentar os muitos desafios inerentes ao hidrogénio. Quimicamente, a falta de fase líquida à temperatura ambiente dificulta o armazenamento. É notoriamente explosivo, tornando-o delicado de manusear. E sua incapacidade de ser odorizado complica a detecção de vazamentos.

Em termos de eficiência energética, o hidrogénio está atrás de outras fontes de energia, exigindo grandes quantidades de energia – 66 quilowatts-hora por quilograma – para ser produzido. E o mesmo se aplica do ponto de vista económico, com o custo por kWh de energia transportada pelo hidrogénio cerca de duas a três vezes superior ao preço de mercado da eletricidade.

Tendo em conta todas estas desvantagens, porque é que há tanta esperança para o hidrogénio? Porque, nas condições certas, as propriedades deste transportador de energia renovável poderão enfrentar os desafios que surgirão à medida que avançamos em direção a um mix energético mais limpo e mais verde.

O canivete suíço dos transportadores de energia

A investigação sobre o hidrogénio como transportador de energia aumentou na década de 1990, diz Züttel. “Quando entrei nesta área, há 32 anos, pensávamos que o hidrogénio substituiria todos os combustíveis fósseis. Naquela época, ainda não tínhamos esperança de combater o aquecimento global, estávamos a tentar enfrentar o receio de que os combustíveis fósseis se esgotassem em breve.” À medida que novos depósitos de combustíveis fósseis foram descobertos e o aumento da produção reduziu o seu custo, o entusiasmo pelo hidrogénio arrefeceu.

Mas agora, o pêndulo oscilou de volta. O hidrogénio está mais uma vez em destaque, diz Züttel. Desta vez é pelo seu potencial para ajudar a reduzir as emissões globais de CO2. Enquanto a queima de carbono produz CO2 que retém calor, a queima de hidrogênio não produz nada além de água. Se a eletricidade renovável for utilizada para produzir hidrogénio, por exemplo através da eletrólise da água, o hidrogénio resultante torna-se uma forma eficaz de armazenar energia renovável.

“O hidrogénio é o elemento-chave no caminho da eletricidade renovável para os transportadores de energia química, como o metano, o metanol, o óleo sintético ou o amoníaco”, explica Züttel. “Embora estes possam ser produzidos usando carbono do CO2 atmosférico capturado ou da biomassa, o hidrogênio carrega a energia renovável.”

Isto torna o hidrogénio um valioso transportador de energia para uma variedade de aplicações. O hidrogênio puro pode ser usado para gerar eletricidade para atender aos picos de demanda e pode abastecer carros, ônibus e veículos pesados. Se conseguíssemos resolver o quebra-cabeça de armazenamento, distribuição e manuseio, poderíamos começar a usá-lo como combustível neutro em carbono para transporte marítimo e aviação.

Combinado com o carbono extraído da atmosfera, biomassa ou emissões industriais, poderia ser posteriormente transformado em metano, óleo sintético, amoníaco, metanol ou outros combustíveis com emissões líquidas zero. Isto implicaria, mais uma vez, o custo da eficiência energética global. Mas num mundo inundado de electricidade renovável, o aumento da densidade volumétrica de energia e a segurança de manuseamento que estes combustíveis sintéticos proporcionam ajudam a reduzir a pegada de carbono de aplicações que são difíceis de electrificar.

Acelerando a adoção pelo mercado

Felizmente, diz Züttel, houve vários avanços no caminho para a adopção pelo mercado do hidrogénio verde nos transportes e na produção de electricidade, os dois sectores responsáveis ​​por mais de metade das emissões mundiais de gases com efeito de estufa. Começam a montante da produção de hidrogénio, onde a electricidade renovável já alcançou a paridade de preços com a electricidade padrão, décadas antes do inicialmente previsto pela Agência Internacional de Energia, reduzindo consigo o custo do hidrogénio limpo.

As forças de mercado têm sido um fator-chave nas aplicações de veículos rodoviários, acelerando o desenvolvimento de células de combustível e de cilindros seguros de armazenamento de hidrogénio de alta pressão. Apesar destes avanços tecnológicos, a adoção de veículos movidos a hidrogénio tem sido frustrantemente lenta. Na verdade, o principal obstáculo tem sido a falta de infra-estruturas rodoviárias. A Suíça tem atualmente oito estações de reabastecimento de hidrogénio, diz Züttel. “As pessoas não comprarão um carro a hidrogênio se não puderem abastecê-lo. E quem quer ter um posto de abastecimento se ninguém quiser comprar o hidrogênio? Essa é a razão pela qual a Toyota não está vendendo seus veículos elétricos com célula de combustível aqui.”

À medida que aumenta a percentagem de electricidade renovável intermitente transportada pela rede eléctrica, as centrais eléctricas tornar-se-ão provavelmente cada vez mais dependentes do hidrogénio armazenado para satisfazer a oferta e a procura de energia. “Se você tem muita eletricidade volátil, digamos, proveniente da energia solar ou eólica, você pode produzir hidrogênio e armazená-lo no subsolo, por exemplo. Depois, você pode usar isso no inverno para produzir eletricidade com alta eficiência em usinas de ciclo combinado. que têm uma turbina movida a hidrogênio e uma turbina a vapor”, diz ele.

“Para que isto funcione, todo o mercado – e as nossas expectativas – terão de se adaptar. Estamos habituados a comprar electricidade a um preço quase constante. Para tornar o armazenamento atractivo, o preço da electricidade durante a noite teria de ser mais caro do que durante o dia. E no inverno, teríamos que estar preparados para pagar mais do que nos meses de verão, mas quanto mais atrativo se tornar o armazenamento de eletricidade a partir do hidrogénio, mais tais armazenamentos serão instalados”, afirma.

Para estimular o crescimento do mercado tanto do lado da oferta como da procura, a indústria apresentou uma solução colorida – pelo menos no nome. O hidrogénio está agora a ser comercializado num espectro de cores que varia do preto ao verde com base na pegada de carbono. Ao desenvolver novas aplicações, os utilizadores de hidrogénio podem agora fazer uma escolha consciente entre dar prioridade à pegada de carbono ou ao custo. Esta estratégia acabará por empurrar os consumidores para o espectro em direcção ao hidrogénio mais verde, à medida que este se torna cada vez mais acessível.

No entanto, como sublinha Züttel, isto só faz sentido como uma estratégia temporária, em vigor durante tempo suficiente para aumentar a procura de hidrogénio e a infra-estrutura para o distribuir. “Assim que começarmos a usar muito hidrogénio, terá de ser apenas hidrogénio renovável. Qualquer outra coisa não faria sentido.”

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