É importante notar que, atualmente, menos de 2% da produção global de hidrogénio provém de eletrolisadores e de uma pequena parcela da reciclagem de energia. Numa altura em que se prevê que uma série de novas aplicações — para além da indústria e da química — utilizem o hidrogénio como propelente ou solução alternativa de armazenamento de energia, poderá ser útil rever a situação actual e o que esperar nos próximos anos.
Podemos atingir os 100% de hidrogénio verde hoje?
A produção global de hidrogénio está estimada em cerca de 70 milhões de toneladas (Mt), principalmente a partir de gás natural (75%) e carvão (23%). Produzir esta quantidade de hidrogénio requer níveis de consumo de 205 mil milhões de metros cúbicos de gás natural (6% do consumo global) e 107 Mt de carvão (2% do consumo global). Com base nos métodos de produção existentes, a produção global de hidrogénio é responsável por 830 Mt de emissões de CO2 anualmente. Produzir hidrogénio a partir de combustíveis fósseis sem captar o CO2 emitido durante a produção é o método mais barato (1 USD/kgH2).
Assim, à luz do último relatório do Painel Intergovernamental sobre Alterações Climáticas (IPCC), que demonstra que as emissões de gases com efeito de estufa provenientes de atividades humanas são responsáveis por um aquecimento de aproximadamente 1,1°C desde 1850-1900, e utilizando estimativas médias para os próximos 20 anos, prevê-se que a temperatura global atinja ou ultrapasse um aumento de 1,5°C, com um impacto dramático no clima e na sociedade. É evidente que acelerar a transição para o "hidrogénio limpo" é crucial.
Se toda a produção actual de hidrogénio (70 milhões de toneladas) viesse da electrólise da água (que utiliza água e electricidade para criar hidrogénio), isso geraria uma procura anual de electricidade de 3.600 terawatts-hora (TWh), mais do que a electricidade produzida pela União Europeia num ano. A quantidade de água necessária para produzir H₂ por eletrólise seria de 617 milhões de metros cúbicos, aproximadamente o dobro do consumo atual de água para a produção de hidrogénio a partir do gás natural. Além disso, a quantidade de energia renovável disponível para a produção de hidrogénio continua a ser marginal e limitada a aplicações de pequena escala. O desafio é enorme, e é isso que fascina os engenheiros.
Como podemos obter hidrogénio limpo em grandes volumes?
Com a implementação do hidrogénio como fonte de energia alternativa e a forte procura para reduzir a pegada de carbono global durante o processo de conversão, a produção de hidrogénio necessita de ser localizada, armazenada e distribuída de forma mais eficiente.
Um relatório do Goldman Sachs de Setembro de 2020 sobre o hidrogénio verde estimou que, até 2050, a Europa necessitará de aumentar a sua capacidade de electrolisadores em 8.000 vezes em comparação com os níveis actuais. Ao mesmo tempo, os engenheiros terão de intensificar a investigação para tornar os eletrolisadores altamente eficientes, com tecnologias como os eletrolisadores de óxido sólido de alta temperatura (SOEs) a apresentarem um grande potencial.
Figura 01: Mapa global dos vales de hidrogénio em maio de 2021 - Fonte PRBX/FCH
Para atingir a meta de 2050 e o volume necessário de hidrogénio verde, foram implementadas várias iniciativas regionais em todo o mundo. Lançada há mais de 10 anos, a Europa está bem à frente neste aspeto e, em janeiro de 2021, foi lançada a "Plataforma Vale do Hidrogénio" para interligar projetos regionais e partilhar as melhores práticas. Originalmente encomendada pela União Europeia e desenvolvida pela Parceria Comum de Células de Combustível e Hidrogénio (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking), a plataforma "Mission Innovation Hydrogen Valley" despertou um grande interesse da comunidade global e abrange agora projetos em todo o mundo (Figura 01).
Quando o Vale do Hidrogénio se torna uma realidade:
Na Europa, o norte da Holanda tornou-se a primeira região a receber financiamento para o seu Vale do Hidrogénio. A candidatura do norte da Holanda ao financiamento foi aprovada pela Parceria Comum de Células de Combustível e Hidrogénio (FCH JU) da Comissão Europeia e, em janeiro de 2020, foi lançado o projeto de seis anos "Aplicações da energia H2 em ambientes de vale no norte da Holanda", conhecido como HEAVENN.
Figura 02: Projeto NortH2 e marcos rumo a 2050 - Fonte: PRBX/GASUNIE
O projeto HEAVENN é único porque abrange e liga toda a cadeia de valor do hidrogénio numa única região geográfica. Reúne 31 participantes públicos e privados de seis países europeus. Os projectos incluem a produção em larga escala de hidrogénio verde como matéria-prima para a indústria, o armazenamento, o transporte e a distribuição de hidrogénio, bem como a sua aplicação no fornecimento de energia à indústria, ao ambiente construído e aos transportes.
Dado o número de projectos que desenvolvem Vales do Hidrogénio em todo o mundo, não há dúvida de que o volume de hidrogénio verde aumentará rapidamente, mas o seu preço também diminuirá para menos de 1,5 €/kg.
O projeto NortH2 é um bom exemplo de um Vale do Hidrogénio e do seu ecossistema. Localizado em Eemshaven, no norte da Holanda, o projeto visa produzir um milhão de toneladas de hidrogénio por ano a partir de um parque eólico offshore. Como mostra a Figura 2, o NortH2 inclui a produção, o armazenamento, o transporte por gasoduto e a distribuição de hidrogénio.
Figura 03: Visão geral simplificada do armazenamento de energia - Fonte: PRBX/IEA
O hidrogénio pode oferecer soluções para o armazenamento de energia a longo prazo.
A experiência NortH2 representa também um excelente caso de negócio para avaliar o potencial da utilização do hidrogénio para armazenamento de energia, abordando um problema enfrentado por muitas operações de energia renovável quando têm excesso de eletricidade que não conseguem fornecer à rede, como ocorreu na Austrália e com os grandes parques eólicos.
Embora a conversão de energia renovável em hidrogénio através de electrolisadores, e de hidrogénio em electricidade através de células de combustível, não seja muito eficiente actualmente, houve progressos e a investigação está a avançar rapidamente. Como mostra a Figura 3, quando armazenado, o hidrogénio permanece disponível durante um período muito mais longo em comparação com outros métodos, e em volumes muito maiores. As células de combustível podem ser acionadas a pedido para abastecer a rede durante os períodos de pico de consumo.
A experiência NortH2 é apenas um exemplo entre muitos que demonstram como o hidrogénio contribuirá para a produção de energia livre de carbono e para o fornecimento de armazenamento de energia de alta capacidade.
Referências:
Powerbox (PRBX)
Iniciativa Conjunta de Células de Combustível e Hidrogénio
Aplicações da energia do hidrogénio nos ambientes de vale do norte da Holanda
Sobre o Powerbox
Fundada em 1974, com sede na Suécia e operação em 15 países de quatro continentes, a Powerbox serve clientes em todo o mundo. A empresa concentra-se em quatro grandes mercados — industrial, médico, transportes/ferroviário e defesa — para os quais concebe e comercializa sistemas de conversão de energia de alta qualidade para aplicações exigentes. A missão da Powerbox é utilizar a sua expertise para aumentar a competitividade dos seus clientes, atendendo a todas as suas necessidades energéticas. Todos os aspetos do negócio da empresa são orientados por este objetivo, desde o design de componentes avançados até à prestação de um serviço de atendimento ao cliente de excelência. A Powerbox é reconhecida pelas suas inovações tecnológicas que reduzem o consumo de energia e pela sua capacidade de gerir todo o ciclo de vida do produto, minimizando o impacto ambiental. A Powerbox faz parte do Grupo Cosel.
Sobre o autor:
Patrick Le Fèvre, Diretor de Marketing e Comunicação da Powerbox, é um profissional de marketing altamente experiente e engenheiro certificado com 35 anos de percurso de sucesso na eletrónica de potência. Foi pioneiro na comercialização de novas tecnologias, como a energia digital, e em iniciativas técnicas para reduzir o consumo de energia. Le Fèvre é autor e apresentador de numerosos artigos e documentos técnicos em importantes conferências internacionais de electrónica de potência. Estes trabalhos foram publicados mais de 350 vezes em órgãos de comunicação social de todo o mundo. Participa também em diversos fóruns ambientais, partilhando a sua experiência e conhecimento em energia limpa.
Patrick Le Fèvre,
Diretor de Marketing e Comunicação da Powerbox
