Hidrogênio verde: solução para energia limpa e abundante

Hidrogênio verde:  solução para energia limpa e abundante
hidrogênio verde

Imagem: Pixabay

Há muito tempo busca-se fontes de energia limpa e abundante para substituir os combustíveis fósseis (gás, carvão e petróleo) e poluentes. Inovações em energia limpa disponíveis hoje como eólica, solar e baterias estão ficando cada vez mais eficientes, baratas, viáveis e entrando no “MAIN STREAM” mercadológico.

Outras fontes de geração de energia estão passando por processos semelhantes de inovação: é o caso do HIDROGÊNIO VERDE, cujas pesquisas, recentemente, têm resultado em vários “breakthrough” tecnológicos, começando a competir com as fontes de emissões poluentes e intensivas. Muitos desafios têm sido superados.

Os desafios da transição para energia produzida pelo hidrogênio verde

Estima-se que cerca de 90% dos átomos presentes no nosso Universo sejam de hidrogênio. É o elemento químico mais abundante do universo. As estrelas, como o nosso Sol, são formadas principalmente por esse gás, que, também, pode assumir o estado líquido.
Ele tem alto nível de energia: uma molécula dele possui três vezes mais energia que as de gasolina ou gás.

Embora, há muitos anos, existam tecnologias que permitem usar o hidrogênio como combustível, há várias razões pelas quais até agora ele só foi usado em ocasiões especiais (como para impulsionar as espaçonaves da NASA, a agência espacial americana). Uma delas é que ele é considerado perigoso, por ser altamente inflamável, por isso transportá-lo e armazená-lo com segurança é um grande desafio e torna o produto mais caro.

Mas um obstáculo ainda maior tem a ver com as dificuldades para produzi-lo, pois, na Terra, o hidrogênio só existe em combinação com outros elementos. Ele está na água, junto ao oxigênio, e se combina com o carbono para formar hidrocarbonetos como gás, carvão e petróleo. Portanto, o hidrogênio precisa ser separado de outras moléculas, para ser usado como combustível. Esse processo requer grande quantidade de energia e é muito caro.

A produção do hidrogênio se dá normalmente pela extração de combustíveis fósseis através de um processo químico. O hidrogênio também pode ser extraído da água via produção biológica, através de um biorreator de algas ou usando eletricidade (eletrólise), calor (termólise), ou ainda quimicamente (reação redox).

Segundo o Office Of Energy Efficiency & Renewable Energy, 95% de todo o hidrogênio produzido vêm do gás natural.

Há diferentes classificações de hidrogênio combustível, conforme fontes de energia utilizada para produção, associada à liberação ou não de gases poluentes.

O hidrogênio é CINZA, quando produzido a partir de combustíveis fósseis, principalmente gás, causando poluição.Quando essa produção é seguida de captura e armazenamento do gás carbônico (CO2) liberado, ele é chamado de AZUL.

O hidrogênio verde ocorre quando ele é obtido da água, principalmente, por meio da eletrólise ou processo parecido, utilizando a energia inicial de fontes não poluentes (eólica, fotovoltaica etc) para realizar o processo de separação do oxigênio, de modo que em todo ciclo não haja emissão de gases poluentes.

Uma vez obtido o hidrogênio, há necessidade de recursos tecnológicos para retirar a energia nele existente e utilizá-la.
Nos carros atuais, que utilizam gasolina, diesel, álcool ou gás, um motor a combustão realiza esse processo.
Com o hidrogênio isso é feito por uma Célula de Combustível a Hidrogênio.

Na célula, o processo é o inverso do que acontece na eletrólise que produz o hidrogênio. Ele se junta com o oxigênio e o resultado (resíduo) é água (H2O). Vários têm sido os desafios de transição para o hidrogênio verde, como: realizar a captura do hidrogênio sem poluição e com custos competitivos, diminuir ou eliminar custos de armazenagem e transporte e produzir essa energia com eficiência.
Para esses desafios várias inovações importantes têm surgido nos últimos anos, visando um leque grande de diferentes aplicações.
 
Há várias décadas, pesquisas têm sido conduzidas buscando soluções para processar a energia contida no hidrogênio (célula de combustível a hidrogênio). Isso resultou em vária inovações.

A Bramble Energy, uma startup de tecnologia limpa com sede em Londres, desenvolveu soluções inovadoras de uma célula de combustível que promete ter custos de produção bastante acessível. Além dela, várias outras startup e spin off surgiram com soluções.

Na área automotiva, várias montadoras (GM, FORD, TOYOTA etc) investiram por anos no desenvolvimento de célula de combustível a hidrogênio e o resultado foi uma explosão de soluções, que podem ser aplicadas para vários fins, inclusive para uso em fontes estacionárias.

Com tantas inovações tecnológicas para a célula de combustível a hidrogênio, restariam ainda sobrepujar dois desafios: obter o hidrogênio sem poluição e com custos competitivos e diminuir ou eliminar custos de armazenagem e transporte.

Recentemente, várias inovações foram anunciadas em tecnologia para realizar a eletrólise e separar o hidrogênio da molécula da água.

A Enapter, com sede na Alemanha, desenvolveu um Eletrolisador plug & play para produção de hidrogênio, baseado em uma tecnologia patenteada de membrana de troca aniônica (AEM).

A Hysata, uma start-up australiana, desmembrada da Universidade de Wollongong, promete a produção de hidrogênio renovável ao custo de cerca de US$ 1,50 por quilo até meados da década de 2020, superando o hidrogênio derivado de combustível fóssil. A descoberta dessa tecnologia australiana promete o hidrogênio verde mais barato do mundo.

A Honeywell anunciou, em março deste ano, que desenvolveu uma nova tecnologia de membrana, revestida com catalisador (CCMs), para a produção de hidrogênio verde, com redução significativa de custo em relação à eletrólise existente.

Inovações para diminuir ou eliminar custos de armazenagem e transporte também vem sendo anunciadas. O Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA lançou um novo catalisador baseado em nitrogênio e carbono, para extrair hidrogênio de materiais de armazenamento. A inovação “bastante simples” do Departamento de Energia torna o acesso ao hidrogênio armazenado mais eficiente.

A montadora japonesa Toyota desenvolveu um novo módulo de sua tecnologia de tanque de hidrogênio, visando o armazenamento desse combustível em ferrovias, instalações de transporte, portos de carga e geradores de células de combustível.

Em muitos casos, toda cadeia de geração e consumo de energia poderá acontecer localmente, sem necessidade de transporte e armazenamento, pois vai ser possível realizar a eletrólise, usando energia de uma fonte renovável local. Dessa forma, o hidrogênio liberado entra direto numa célula de combustível, sem precisar armazená-lo ou transportá-lo, e gera a energia requerida.

Todos esses fatos projetam cenários que apontam para um imediato protagonismo do Hidrogênio Verde na matriz energética.

Hidrogênio verde como solução imediata

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Nos últimos anos, tem ocorrido vários “breakthrough” tecnológicos, visando o armazenamento de energia (baterias etc). Ocorreu, também, o “Main Stream” mercadológico de fontes de geração de energia limpas e renováveis como a eólica e as células fotovoltaicas.

Dentro desse contexto, os avanços tecnológicos abruptos que estão ocorrendo na eletrólise, transporte e armazenamento, torna Hidrogênio Verde uma opção imediata para gerar energia limpa, continuada, barata e abundante.

Segundo a International Renewable Energy Agency (IRENA), à medida que as economias globais pretendem se tornar neutras em carbono, o hidrogênio competitivo, produzido com fontes renováveis, emergiu como um componente-chave da matriz energética. A queda dos custos de energia renovável e a melhoria das tecnologias de eletrólise podem tornar o custo do hidrogênio "verde" competitivo até 2030.

“A indústria emergente de hidrogênio verde da Austrália pode se tornar competitiva em termos de custos para o mercado doméstico nos próximos anos”, disse o chefe da Origin Energy, Frank Calabria.

Fatores geopolíticos, como a guerra Rússia x Ucrânia, estão contribuindo para acelerar a adoção em massa de hidrogênio verde.
A dependência da Europa de combustíveis fósseis vindo da Rússia (principalmente o gás), aliado à ameaça de Vladimir Putin em suspender o fornecimento desse gás, levou os líderes europeus a acelerar a busca e adoção de soluções num curto espaço de tempo.

Não à toa que anunciaram investimentos para acelerar a adoção do hidrogênio verde e a independência do gás russo até 2030.

As células de combustível a hidrogênio podem ter vários usos, de transporte a sistema de backup de fornecimento de energia. Entre seus usos estão ainda alimentar prédios, indústria, caminhões, ônibus, trens, navios e até um submarino.

Essa tecnologia também reforça o conceito de Autonomous Power System, em que cada sistema pode produzir e consumir energia localmente, de maneira autônoma. No entanto, mais importante que tudo isso, é que ela contribui fortemente para a descarbonização do nosso planeta.


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