Especial: Hidrogênio verde
Chave para construir uma economia líquida zero
Por: David Flood, Country Manager Statkraft UK
O mundo precisa se descarbonizar rapidamente se quisermos cumprir nossas metas climáticas - e as inundações extremas, ondas de calor e incêndios florestais dos últimos anos destacaram por que é tão urgente que o façamos.
À medida que a ciência por trás das causas e impactos das mudanças climáticas se torna cada vez mais certa e nítida, os governos estão aumentando suas ambições de limitar os aumentos de temperatura a 2 ° C para trabalhar em direção a uma meta de 1,5 ° C. É vital fazer isso para limitar os piores impactos das mudanças climáticas, mas para alcançá-lo é necessário um aumento substancial tanto nas ambições políticas quanto no ritmo da ação global para reduzir as emissões.
O ritmo de mudança na economia verde já é tão rápido que pode ser difícil acompanhá-lo. Mas algumas coisas estão ficando claras. O sistema de energia se tornará cada vez mais elétrico, e a energia elétrica será cada vez mais fornecida por eólica e solar, porque fornecerão a eletricidade de menor custo.
Mesmo em face da pandemia covid-19, o investimento em energia renovável aumentou em 2020. Enquanto as vendas totais de automóveis caíram, as vendas de veículos elétricos aumentaram 40 por cento. Em 2050, haverá 21 vezes mais energia solar e sete vezes mais capacidade eólica para atender à demanda de eletricidade, que por sua vez mais que dobrará durante esse período.
“Em 2050, haverá 21 vezes mais energia solar”
Estamos eletrizando tudo porque é um uso mais eficiente da energia. Uma bomba de calor usa um terço da energia de uma caldeira a gás, por exemplo, enquanto um carro elétrico precisa de cerca de um terço da energia de um carro tradicional para percorrer a mesma distância. E se estivermos usando eletricidade, também podemos cortar as emissões tornando essa energia renovável.
À medida que a proporção de energias renováveis intermitentes e variáveis na rede aumenta, essa rede precisa se tornar cada vez mais flexível. Onde estiver disponível, a energia hidrelétrica é uma ótima opção porque pode ser desligada e ligada em uma queda de chapéu. Mas outros tipos de armazenamento de energia, interconectores com outros mercados e resposta do lado da demanda também serão importantes.
Em tais setores “difíceis de abater”, é difícil usar eletricidade diretamente para substituir os combustíveis fósseis para reduzir as emissões, porque o carbono é fundamental para os processos de produção atuais. Mas essas indústrias podem usar hidrogênio em vez disso, fornecendo uma maneira de aplicar a revolução da eletrificação em áreas que, de outra forma, seriam incapazes de se beneficiar dela. E ao criar esse hidrogênio usando energia renovável, podemos fornecer uma maneira para essas indústrias se descarbonizarem - algo que era considerado impossível alguns anos atrás.
O hidrogênio também pode ser usado em aquecimento e transporte - particularmente em transporte pesado, como caminhões, trens e transporte marítimo.
O hidrogênio verde também cria um mercado para energia renovável quando a oferta é maior do que a demanda. É um mecanismo para armazenar o excesso de energia renovável e ajudar a suavizar os custos de geração e os preços da energia; portanto, o investimento na acumulação de reservas de hidrogênio proporcionará um sistema de energia mais resistente.
Tem-se falado tanto sobre a economia do hidrogênio que é fácil esquecer que o hidrogênio limpo continua em grande parte na prancheta hoje. Em 2020, a capacidade global dos eletrolisadores necessários para produzir hidrogênio verde era de apenas 200 megawatts. Em 2040, prevê-se que cresça para 200 gigawatts, um aumento de 1000 vezes.
Mas tão importante quanto aumentar o fornecimento de hidrogênio limpo é a necessidade de criar uma nova demanda. Globalmente, atualmente produzimos 87 milhões de toneladas de hidrogênio a partir do gás natural, com mais de 10 toneladas de CO2 produzidas para cada tonelada de hidrogênio. A primeira prioridade é descarbonizar esse hidrogênio “cinza”. Isso pode ser feito inicialmente adicionando-se a tecnologia de captura e armazenamento de carbono (CCS) às usinas de reforma do metano a vapor que atualmente produzem o que é conhecido como hidrogênio “azul”.
O hidrogênio azul é uma tecnologia de ponte, porém, e permanecem dúvidas sobre o surgimento do CCS, cuja promessa tem falhado consistentemente ao longo dos anos.
No longo prazo, o hidrogênio verde se tornará a solução preferida. À medida que a produção aumenta e o custo dos eletrolisadores e da infraestrutura associada cai, junto com a expansão da capacidade de energia renovável, ela se tornará a fonte dominante de gás. O custo dos eletrolisadores já caiu 60% nos últimos cinco anos, e prevemos que o custo total de produção de hidrogênio verde cairá na mesma proporção em 2050.
Em 2050, o cenário de baixas emissões da Statkraft sugere que a produção atual de hidrogênio cinza será quase totalmente substituída por hidrogênio azul e verde à medida que a corrida do hidrogênio industrial esquenta. Em setembro deste ano, 20 países, além da UE, lançaram estratégias para o hidrogênio, com outros 23 em processo de fazê-lo, incluindo Estados Unidos, Brasil e China.
Nos últimos dois anos, a Europa assumiu um papel de liderança global no estabelecimento da indústria de hidrogênio limpo, em termos de ambição, apoio financeiro e número de projetos.
Além do consumo de hidrogênio como matéria-prima na indústria, o hidrogênio limpo também representará 5% da demanda global de energia final até 2050 e poderá representar até um quinto da demanda energética da Europa. O aumento na demanda total de hidrogênio até 2050 será principalmente de novos usos de hidrogênio, como na indústria de aço e transporte de longa distância (incluindo amônia limpa para transporte marítimo).
Iniciamos o caminho para uma economia líquida zero, movida a energia renovável. A energia eólica e solar de implantação rápida deve ser desenvolvida no ritmo para ocupar seu lugar como nossas principais fontes de energia nos próximos anos. No entanto, mesmo com o desenvolvimento de energias renováveis sem precedentes, não atingiremos as metas exigidas sem o hidrogênio verde.
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Hidrogênio verde: os 6 países que lideram a produção do 'combustível do futuro'
- P/: Veronica Smink / BBC News Mundo
Os cientistas deixaram claro: se quisermos evitar os piores impactos das mudanças climáticas, devemos encontrar uma maneira de impedir que as temperaturas globais continuem subindo.
O desafio é imenso. As temperaturas já estão 1°C acima dos níveis pré-industriais e, de acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, na sigla em inglês), uma alta adicional de apenas 0,5 °C é suficiente para que os efeitos sejam devastadores.
Diante deste cenário, muitos países estão buscando urgentemente formas de suprir suas demandas energéticas sem continuar prejudicando o meio ambiente.
Uma das soluções que algumas nações estão desenvolvendo é o hidrogênio verde, também conhecido como hidrogênio renovável.
O que é hidrogênio verde?
O 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.
O hidrogênio é muito poderoso: tem três vezes mais energia do que a gasolina.
Mas, ao contrário dela, é uma fonte de energia limpa, uma vez que só libera água (H2O), na forma de vapor, e não produz dióxido de carbono (CO2).
No entanto, embora existam há muitos anos 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 é considerado perigoso por ser altamente inflamável — por isso, transportá-lo e armazená-lo com segurança é um grande desafio.
Mas um obstáculo ainda maior tem a ver com as dificuldades para produzi-lo.
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.
E conseguir isso requer grandes quantidades de energia, além de ser muito caro.
Até agora, os hidrocarbonetos eram usados para gerar essa energia, então a produção de hidrogênio continuava a poluir o meio ambiente com CO2.
Há alguns anos, contudo, o hidrogênio começou a ser produzido a partir de energias renováveis, como solar e eólica, por meio de um processo chamado eletrólise.
A eletrólise usa uma corrente elétrica para dividir a água em hidrogênio e oxigênio em um dispositivo chamado eletrolisador.
O resultado é o chamado hidrogênio verde, que é 100% sustentável, mas muito mais caro de se produzir do que o hidrogênio tradicional.
No entanto, muitos acreditam que ele pode oferecer uma solução ecológica para algumas das indústrias mais poluentes, incluindo a de transportes, química, siderúrgica e de geração de energia.
Uma aposta para o futuro
Atualmente, 99% do hidrogênio usado como combustível é produzido a partir de fontes não-renováveis.
E menos de 0,1% é produzido por meio da eletrólise da água, de acordo com a Agência Internacional de Energia.
No entanto, muitos especialistas em energia preveem que isso mudará em breve.
As pressões para reduzir a poluição ambiental têm levado uma série de países e empresas a apostar nesta nova forma de energia limpa, que muitos acreditam ser essencial para "descarbonizar" o planeta.
Companhias de petróleo como Repsol, BP e Shell estão entre as que lançaram projetos de hidrogênio verde.
E vários países anunciaram planos de produção nacional deste combustível renovável.
Isso inclui a União Europeia (UE) que, em meados de 2020, se comprometeu a investir US$ 430 bilhões em hidrogênio verde até 2030.
A intenção da UE é instalar eletrolisadores de hidrogênio renovável de 40 gigawatts (GW) na próxima década, para alcançar sua meta de ter impacto neutro no clima até 2050.
Por sua vez, o novo presidente dos Estados Unidos, Joe Biden, prometeu em seu plano energético que vai garantir "que o mercado possa ter acesso ao hidrogênio verde ao mesmo custo do hidrogênio convencional em uma década, proporcionando uma nova fonte de combustível limpo para algumas centrais elétricas existentes. "
Queda de preços
No fim de 2020, sete empresas internacionais que desenvolvem projetos de hidrogênio verde lançaram a iniciativa Green Hydrogen Catapult (Catapulta de Hidrogênio Verde), como parte da campanha Race to Zero (Corrida por Zero Emissões) da Convenção das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas.
Esta coalizão global — formada pelo grupo saudita de energia limpa ACWA Power, a desenvolvedora australiana CWP Renewables, a fabricante chinesa de turbinas eólicas Envision, as gigantes europeias de energia Iberdrola e Ørsted, o grupo de gás italiano Snam e a produtora norueguesa de fertilizantes Yara — quer que a indústria seja multiplicada por 50 nos próximos seis anos.
E também pretende reduzir o custo atual do hidrogênio renovável pela metade, para menos de US$ 2 por quilo.
Um relatório publicado em agosto de 2020 pela consultoria de energia Wood Mackenzie sugere que eles estão no caminho certo: o documento estima que os custos cairão até 64% na próxima década.
Enquanto isso, o banco de investimento Goldman Sachs estimou em setembro do ano passado que o mercado de hidrogênio verde ultrapassará US$ 11 trilhões em 2050.
Os países líderes
Todo esse otimismo em torno do que a revista Forbes chamou de "a energia do futuro" está relacionado a uma série de megaprojetos que estão sendo planejados ao redor do mundo.
Essas obras — que já foram anunciadas, mas na maioria dos casos estão em fase de planejamento — representariam uma grande expansão do mercado de hidrogênio verde, ampliando a capacidade atual de cerca de 80 GW para mais de 140 GW.
A seguir, confira quais são os seis países que estão desenvolvendo os maiores projetos de produção de hidrogênio verde.
Austrália
O maior país da Oceania lidera os planos de produção deste novo combustível limpo com propostas para a construção de 5 megaprojetos em seu território, graças aos seus vastos recursos energéticos renováveis, especialmente energia eólica e solar.
O maior projeto — do país e do mundo — é o Asian Renewable Energy Hub, em Pilbara, na Austrália Ocidental, onde está prevista a construção de uma série de eletrolisadores com capacidade total de 14 GW.
A previsão é de que o projeto de US$ 36 bilhões esteja pronto até 2027-28.
Os outros quatro projetos — dois na Austrália Ocidental e dois em Queensland, no leste — ainda estão na fase de planejamento inicial, mas acrescentariam outros 13,1 GW se aprovados.
Por tudo isso, alguns estão chamando a Austrália de "a Arábia Saudita do hidrogênio verde".
Holanda
A petrolífera anglo-holandesa Shell lidera junto a outros desenvolvedores o projeto NortH2 no Porto do Ems, no norte da Holanda, que prevê a construção de pelo menos 10 GW de eletrolisadores.
A meta é ter 1GW até 2027 e 4GW até 2030, utilizando a energia eólica offshore.
O estudo de viabilidade do projeto, cujo custo não foi divulgado, será concluído em meados deste ano.
A ideia é utilizar o hidrogênio gerado para abastecer a indústria pesada tanto na Holanda quanto na Alemanha.
Alemanha
Os alemães também têm seus próprios projetos de hidrogênio verde em território nacional. O maior é o AquaVentus, na pequena ilha de Heligoland, no Mar do Norte.
O plano é construir ali 10 GW de capacidade até 2035.
Um consórcio de 27 empresas, instituições de pesquisa e organizações — incluindo a Shell — está promovendo o projeto, que usará os fortes ventos da região como fonte de energia.
Um segundo projeto menor está sendo planejado em Rostock, na costa norte da Alemanha, onde um consórcio liderado pela empresa de energia local RWE pretende construir mais 1 GW de energia verde.
China
O gigante asiático é o maior produtor mundial de hidrogênio, mas até agora usou hidrocarbonetos para gerar quase toda essa energia.
No entanto, o país está dando agora os primeiros passos no mercado de hidrogênio verde com a construção de um megaprojeto na Mongólia Interior (região autônoma da China), no norte do país.
O projeto é liderado pela concessionária estatal Beijing Jingneng, que investirá US$ 3 bilhões para gerar 5 GW a partir de energia eólica e solar.
A previsão é que o projeto fique pronto ainda neste ano.
Arábia Saudita
O país árabe com as maiores reservas de petróleo também planeja entrar no mercado de hidrogênio verde, com o projeto Helios Green Fuels.
Ele será baseado na "cidade inteligente" futurística de Neom, às margens do Mar Vermelho, na província de Tabuk, no noroeste do país.
A previsão é de que o projeto de US$ 5 bilhões instale 4 GW de eletrolisadores até 2025.
Chile
O país sul-americano, considerado uma das mecas da energia solar, foi o primeiro da região a apresentar uma "Estratégia Nacional de Hidrogênio Verde" em novembro de 2020.
É também a única nação latino-americana com dois projetos em desenvolvimento: o HyEx, da empresa francesa de energia Engie e da empresa chilena de serviços de mineração Enaex; e o Highly Innovative Fuels (HIF), da AME, Enap, Enel Green Power, Porsche e Siemens Energy.
O primeiro, com sede em Antofagasta, no norte do Chile, usará energia solar para abastecer eletrolisadores de 1,6 GW. E o hidrogênio verde gerado será usado na mineração.
Um teste piloto inicial planeja instalar 16 MW até 2024.
O projeto HIF, no extremo oposto do Chile, na Região de Magalhães e da Antártida Chilena, usará energia eólica para gerar combustíveis à base de hidrogênio.
Segundo informações da empresa AME, "o projeto piloto utilizará um eletrolisador de 1,25 MW e nas fases comerciais será superior a 1 GW".
O ministro da Energia do Chile, Juan Carlos Jobet, destacou que o país não busca apenas gerar hidrogênio verde para cumprir sua meta de atingir a neutralidade de carbono até 2050, mas também deseja exportar esse combustível limpo no futuro.
"Se fizermos as coisas direito, a indústria do hidrogênio verde no Chile pode ser tão importante quanto a mineração, a silvicultura ou como o salmão já foi", disse ele à revista Electricidad.
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Hidrogênio é limpo - mas processo de produzi-lo nem sempre é
Por: Redação do Site Inovação Tecnológica
Combustível limpo, processo sujo
O hidrogênio é considerado o combustível limpo por excelência porque, ao ser queimado, ele produz apenas água como subproduto.
Acontece que há diferentes formas de produzir hidrogênio, e esses processos de produção não são necessariamente limpos.
Hoje, a quase totalidade do hidrogênio é fabricada pela reforma do metano presente no gás natural, ou seja, nada muito diferente da queima de qualquer combustível fóssil: O próprio hidrogênio continua não produzindo poluentes novos, mas seu processo de fabricação deixou um rastro bem sujo.
E esse rastro pode ser até maior do que se imaginava, segundo cálculos feitos agora por Robert Howarth e Mark Jacobson, da Universidade Cornell, nos EUA.
Segundo os dois pesquisadores, a pegada de carbono para criar hidrogênio a partir do gás natural é mais de 20% maior do que usar gás natural ou carvão em processos que envolvem queima (termoeletricidade, por exemplo), ou cerca de 60% maior do que usar óleo diesel para o mesmo fim.
Hidrogênio derivado do metano
Mas como pode ser um combustível cuja queima não produz subprodutos ser mais "sujo" do que o tão mal-falado carvão?
Acontece que o metano (CH4) é um gás de efeito estufa muito poderoso, mais de 100 vezes mais forte como agente de aquecimento atmosférico do que o dióxido de carbono (CO2) quando emitido pela primeira vez. O relatório do IPCC divulgado na semana passada mostra que o metano contribuiu para o aquecimento global desde o século passado em uma magnitude que equivale a dois terços do efeito do dióxido de carbono, mesmo sendo emitido em quantidade muito menor.
"Agora a indústria está promovendo o hidrogênio azul como solução, uma abordagem que ainda usa o metano do gás natural, enquanto tenta capturar o subproduto dióxido de carbono. Infelizmente, as emissões permanecem muito grandes.
"As forças políticas podem não ter captado essa ciência ainda. Mesmo os políticos progressistas podem não entender no que estão votando. 'Hidrogênio azul' soa bem, soa moderno e soa como um caminho para o nosso futuro energético. Não é," disse Howarth.
Hidrogênio de muitas cores
Como os interesses econômicos nem sempre equivalem às preocupações ambientais, o hidrogênio como combustível começou a receber diferentes apelidos, na forma de cores.
O hidrogênio limpo é agora chamado "hidrogênio verde", sendo produzido a partir da eletrólise e, num cenário ideal, usando eletricidade produzida a partir de fontes renováveis, sobretudo a solar. Já existe um mercado ofertando hidrogênio verde, mas ainda de pequenas proporções.
No cenário ideal, a tecnologia que desponta é a chamada fotossíntese artificial, em que a energia solar é usada diretamente para extrair o hidrogênio da água, sem qualquer poluente. Infelizmente, esta é uma tecnologia ainda em escala de laboratório, mesmo já tendo apresentado quase 20% de eficiência.
Enquanto isso, o hidrogênio continua sendo fabricado a partir dos combustíveis fósseis.
Esse processo, que agora se demonstrou ser mais poluente do que se calculava, começa com a conversão do metano em hidrogênio e dióxido de carbono usando calor, vapor e pressão. Nesse ponto, o gás é conhecido como "hidrogênio cinza".
O hidrogênio cinza se torna o "hidrogênio azul" quando são incorporados processos adicionais para capturar impurezas e pelo menos parte do dióxido de carbono gerado como subproduto.
Mas esses esforços não dão o resultado que as empresas geralmente apregoam, uma vez que as emissões de hidrogênio azul são pouco menores do que as do hidrogênio cinza - cerca de 9% a 12% menores.
"O melhor hidrogênio, o hidrogênio verde, derivado da eletrólise - se usado com sabedoria e eficiência - pode ser o caminho para um futuro sustentável," destacou Howarth. "O hidrogênio azul é totalmente diferente."
