No contexto da busca internacional por alternativas de transição energética, um dos temas mais promissores da atualidade é o Hidrogênio Verde. E o Brasil é um dos países com mais condições de liderar a produção dessa alternativa abundante, barata e potencialmente eficiente de energia.
O Hidrogênio Verde foi apresentado como uma das opções de combustíveis limpos que ajudarão a minimizar os impactos já existentes no meio ambiente, de forma que nenhuma molécula de gás carbônico é emitida em sua produção. Segundo os cientistas, sua capacidade energética é três vezes maior do que a da gasolina comum, ou seja, pode gerar uma eficiência muito maior e ainda ajudar reduzir a pegada de carbono na atmosfera.
O que poucos sabem é que, apesar de ainda o Brasil estar no início dessa indústria, poderá ser um dos principais produtores de Hidrogênio Verde para o mundo, pois além de produzí-lo para o uso interno, as empresas do setor também planejam exportar o combustível para outros países, como a Alemanha, que sofre com uma grande crise energética após o início da guerra entre a Rússia e Ucrânia.
Mas afinal, o que é o Hidrogênio Verde e por que o Brasil tem tanto potencial com esse novo negócio? Para um melhor entendimento, é preciso compreender o que é o Hidrogênio: representado pela fómula química H2, é um gás incolor e inodoro, altamente inflamável, de combustão espontânea ao ar livre, produzindo uma chama também incolor, é o mais leve dos elementos químicos e tem a estrutura atômica mais simples possível, ou seja, um único elétron orbitando um núcleo de um único próton. É de longe o elemento mais abundante no Universo, ou seja, s estrelas, incluindo o Sol, são formadas principalmente por hidrogênio, que pode também assumir os estados líquido e sólido, por diversas condições adversas. Na Terra, ocorre principalmente combinado com o oxigênio, na forma de água - H2O.
O hidrogênio tem também um grande conteúdo energético, liberando na sua queima três vezes mais energia do que a gasolina. Entretanto, diferentemente da gasolina, o hidrogênio é um vetor de energia limpa, de forma que quando reage com oxigênio em combustão para produzir calor, ou em uma célula a combustível para produzir eletricidade, o resultado são energia e água como produtos finais.
Já que na Terra o hidrogênio só existe em combinação com outros elementos, principalmente na água, e nos hidrocarbonetos (gás natural, carvão e petróleo), em combinação com o carbono, ele precisa ser separado destes outros elementos para ser usado como combustível.
Este processo é extremamente energointensivo, utilizando grandes quantidades de energia que, dependendo de sua origem, vai dar a "cor" utilizada na nomenclatura adotada para classificar as diferentes maneiras de obter o hidrogênio combustível.
As tecnologias que permitem o uso do hidrogênio como combustível ou como vetor energético são conhecidas há muitos anos, mas por razões principalmente de custo, ele ainda não é utilizado em larga escala. Entretanto, em tempos de crise climática, as discussões sobre a mudança da matriz energética de combustíveis fósseis para hidrogênio verdesão cada vez mais intensas e incentivadas em todo o mundo e que pode contribuir de forma decisiva na transição para uma matriz energética sustentável.
Atualmente e infelizmente, 99% do hidrogênio usado como combustível ainda é produzido a partir de hidrocarbonetos advindos da queima de petróleo, carvão mineral e outras fontes não renováveis, e menos de 0,1% é produzido por meio da eletrólise da água, de acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA).
O maior obstáculo para a ampliação do uso do hidrogênio está relacionado com as grandes quantidades de energia e os custos para sua produção que não envolvam a emissão de CO2.
Recentemente, contudo, energias renováveis e limpas, como solar e eólica, passaram a ser usadas na produção de hidrogênio por meio da eletrólise da água.
A eletrólise usa uma corrente elétrica para dividir a água em um dispositivo chamado eletrolisador e o resultado é o chamado Hidrogênio Verde, 100% sustentável, mas por enquanto ainda muito mais caro de se produzir do que o hidrogênio advindo de fontes fósseis.
Com a redução acentuada dos custos das tecnologias solar fotovoltaica e eólica, gerar Hidrogênio Verde e seus derivados — como amônia (NH3), combustíveis sintéticos, fertilizantes verdes, etc. — a partir de fontes renováveis passou a ser um tema de grande interesse não somente técnico e científico, mas também econômico, social e ambiental - ESG.
Atualmente, quando comparado à produção de hidrogênio cinza a partir de gás natural ou carvão, o Hidrogênio Verde chega a custar mais que o dobro.
A produção de Hidrogênio Verde no Brasil, a partir de energia solar e eólica, vem sendo avaliada como uma forma mais barata para sua produção, de maneira que a expectativa é de que até 2050, o Brasil produza o Hidrogênio Verde mais barato do mundo, chegando a custar metade do preço pelo qual se produz hoje o hidrogênio cinza. Ainda assim, muita pesquisa e desenvolvimento precisam ocorrer para chegar ao sucesso.
Voltando às "cores" do hidrogênio, pode-se resumir todo o espectro utilizado nesta nomenclatura ao verde e ao cinza.
A produção de amônia verde pode permitir desde a fertilização de áreas pouco produtivas do mundo em desenvolvimento até a propulsão de navios de grande porte, que diariamente cruzam os oceanos queimando combustíveis fósseis pode ser asolução para o transporte desse hidrogênio verde, de forma que reduza os riscos de explosões na rota até o destino desejado.
A aviação comercial também se beneficiará do desenvolvimento de combustíveis sintéticos e renováveis com base no Hidrogênio Verde, assim como os veículos movidos por células de combustível alimentadas por Hidrogênio Verde complementarão a grande lista de aplicações da economia do hidrogênio.
A associação de fazendas solares e ventos brasileiros com a abundância de água disponível no país certamente contribuirá de forma expressiva para a competitividade do Hidrogênio Verde brasileiro.
O Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) em Florianópolis, SC, está produzindo hidrogênio, amônia e fertilizantes verdes a partir da água captada da chuva pelas mesmas placas fotovoltaicas que compõem os telhados e fachadas do prédio, as quais geram a energia elétrica necessária para isso a partir do Sol, de acordo com o Prof. Ricardo Rüther.
A seguir, as 10 das principais iniciativas para produção de Hidrogênio Verde no Brasil, listadas de acordo com o andamento dos projetos, sendo sete usinas comerciais e três projetos-piloto.
Usinas:
1. Unigel (Bahia): Conhecida pela produção fertilizantes, a Unigel já iniciou as obras do que será a primeira planta de produção de hidrogênio verde em larga escala do Brasil, no Polo Petroquímico de Camaçari, BA. O plano da companhia é investir US$ 1,5 bilhão no empreendimento até 2027 no Polo Petroquímico de Camaçari e produzir 100 mil toneladas anuais de hidrogênio verde e 600 mil toneladas/ano de amônia verde. Para a primeira fase do projeto, a Unigel adquiriu da thyssenkrupp três eletrolisadores com potência total de 60 MW de energia.
Investimento: US$ 1,5 bilhão
Produção de hidrogênio: 100 mil toneladas/ano
Produção de amônia: 600 mil toneladas/ano
Capacidade de eletrólise (primeira fase do projeto): 60 MW
Início previsto: 2023
Operação plena: 2027
2. Qair (Pernambuco): A Qair Brasil, do grupo francês Qair, espera investir cerca de US$ 3,9 bilhões até 2032 na instalação de duas usinas no Complexo Industrial e Portuário de Suape, PE. Uma produtora de hidrogênio verde e outra planta de hidrogênio azul – produzido a partir do gás natural com captura de carbono. A empresa foi a única a participar da licitação de concessão de área aberta pelo Suape para instalação das plantas e aguarda assinatura do contrato. O projeto será construído em quatro etapas, até alcançar 2240 MW de capacidade e 488 mil toneladas de hidrogênio por ano, sendo 290 mil toneladas de hidrogênio verde e 198 mil toneladas de hidrogênio azul.
Investimento: US$ 3,9 milhões
Produção de hidrogênio verde: 488 mil toneladas/ano
Produção de hidrogênio azul: 198 mil toneladas/ano
Capacidade de eletrólise: 2,2 GW
Início previsto: 2025
Operação plena: 2032
3. Qair (Ceará): A Qair pretende replicar um projeto nos mesmos moldes no Complexo Portuário Industrial do Pecém (CIPP), no Ceará. A companhia, inclusive, já adquiriu uma área no porto para instalação do empreendimento. Porém, diferente do projeto em Pernambuco, além dos US$ 3,9 bilhões nas plantas de hidrogênio, Qair irá investir mais US$ 3 bilhões em um projeto de eólica offshore, de 1,2 GW, nos arredores do Pecém, que produzirão a energia renovável necessária para a produção de hidrogênio verde.
Investimento: US$ 6,9 bilhões
Produção de hidrogênio verde: 488 mil toneladas/ano
Capacidade de eletrólise: 2,2 GW
Capacidade de energia eólica offshore: 1,2 GW
Início previsto: não divulgado
4. Casa dos Ventos e Comerc (Ceará): A Casa dos Ventos e a Comerc Eficiência assinaram em dezembro do ano passado um pré-contrato com o Complexo Portuário Industrial do Pecém (CIPP)/CE, para a instalação de unidade fabril de produção de hidrogênio e amônia verde. Os investimentos previstos são de cera de US$ 4 bilhões até 2030. O início da primeira fase da operação é previsto para 2026. Quando em plena capacidade operativa, a planta terá capacidade de até 2,4 GW de eletrólise para produção de mais de mil toneladas de hidrogênio por dia e 2,2 milhões de toneladas de amônia verde por ano.
Investimento: US$ 4 bilhões
Produção de hidrogênio verde: 365 mil toneladas/ano
Produção de amônia verde: 2,2 milhões de toneladas/ano
Capacidade de eletrólise: 2,4 GW
Início previsto: 2026
Operação plena: 2030
5. Fortescue (Ceará): A usina de hidrogênio verde, projetada pela gigante australiana da mineração, Fortescue, deve ser instalada no Complexo do Pecém com investimento de US$ 6 bilhões. Globalmente, o objetivo da gigante da mineração é produzir 15 milhões de toneladas por ano de hidrogênio verde até 2030, subindo para 50 milhões de toneladas por ano na década seguinte. Recentemente, representantes da companhia no Brasil estiveram reunidos no Ministério de Minas e Energia, para discutir a regulação do hidrogênio no país. A empresa foi uma das primeiras a assinar um memorando de entendimento com o Ceará, em 2021, para integrarem o hub de hidrogênio verde do Pecém. Em junho de 2022, assinaram um pré-contrato, e em novembro, durante a COP27 no Egito, reforçaram a intenção de desenvolver um projeto de hidrogênio verde no Ceará, com início da produção em larga escala já em 2027. Em agosto de 2023, foi a primeira a apresentar estudos de impacto ambiental EIA/RIMA para o desenvolvimento de um projeto de hidrogênio verde em larga escala.
Investimento: US$ 6 bilhões
Produção de hidrogênio verde: 15 milhões de toneladas/ano (meta global)
Início previsto: 2025
Operação plena: 2027
6. AES (Ceará): A geradora de energia renovável AES Brasil tem um pré-contrato com o Complexo Industrial Portuário de Pecém (CIPP) para iniciar os estudos de viabilidade para produção de até 2 GW de hidrogênio a partir da eletrólise e de até 800 mil toneladas de amônia verde por ano.A companhia está de olho na exportação da produção, principalmente para países da Europa. O pré-contrato da AES é o passo seguinte ao Memorando de Entendimento assinado em dezembro de 2021, com investimento estimado em até US$ 2 bilhões, nos cinco primeiros anos.
Investimento: US$ 2 bilhões
Produção de amônia verde: 800 mil toneladas/ano
Capacidade de eletrólise: 2 GW
Início previsto: não definido
7. White Martins (Pernambuco): A White Martins, do grupo alemão Linde, começou a produzir hidrogênio verde em média escala em dezembro de 2022, em Pernambuco. A expectativa é que 156 toneladas de H2V sejam produzidas por ano. O combustível produzido neste primeiro momento vai atender o mercado pernambucano, de forma que o plano é ampliar a produção e fornecimento. A empresa já possui memorandos de entendimento para produção de hidrogênio de eletrólise no Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul e Ceará. A companhia é hoje uma das maiores produtoras no Brasil de hidrogênio cinza — feito a partir de gás natural.
Investimento: não divulgado
Produção de hidrogênio verde: 156 toneladas/ano
Início da operação: 2022
Projetos-piloto de Hidrogênio Verde:
1. Eletrobras Furnas (Goiás/Minas Gerais): Em dezembro de 2021, a Eletrobras/Furnas inaugurou nas instalações da Usina Hidrelétrica de Itumbiara, na fronteira de Minas Gerais e Goiás, uma planta de estudos para produção de hidrogênio verde. O projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D), com investimentos de aproximadamente R$ 45 milhões já produziu 1,5 tonelada de hidrogênio verde. A pesquisa é regulada pela Aneel e tem o objetivo de testar o armazenamento de energias sazonais e intermitentes e a inserção no Sistema Interligado Nacional (SIN). Numa primeira etapa, foi instalada a planta fotovoltaica com capacidade para produzir 1000 kWp (quilowatts pico, unidade de potência associada à energia fotovoltaica), dos quais 200 kWp são provenientes das placas flutuantes sobre o reservatório e 800 kWp de placas instaladas em solo. A ideia, segundo a companhia, é que as análises gerem informações para o desenvolvimento de projetos de grande porte.
Investimento: R$ 45 milhões
Produção de hidrogênio verde até agora: aproximadamente 1,5 tonelada
Capacidade de geração de energia: 1 MW
Início da operação: 2021
2. EDP (Ceará): A EDP Brasil inaugurou no início do ano o seu projeto-piloto de hidrogênio verde, no Complexo Termelétrico do Pecém, onde opera uma usina à carvão. O empreendimento conta com investimentos de R$ 42 milhões e deve ser concluído em junho de 2024. A planta conta com uma usina solar com capacidade de 3 MW e um módulo eletrolisador com capacidade de produzir 250 m3/h do gás. Até 2025, o grupo planeja investir cerca de R$ 18,2 bilhões no país, sendo R$ 5,7 bilhões em energia solar.
Investimento: R$ 42 milhões
Produção de hidrogênio verde: 250 Nm3/h
Capacidade de eletrólise: 3MW
Início da operação: 2022
Operação plena: 2024
3. Shell/Raízen/Hytron/Toyota (São Paulo): Um acordo inédito, Shell, Raízen, Hytron, Universidade de São Paulo (USP) e Senai CETIQT, e mais recentemente a Toyota, pretende investir em plantas dedicadas à produção de hidrogênio a partir do etanol e um posto de abastecimento para ônibus que circula na Cidade Universitária, em São Paulo. O acordo prevê a construção de duas plantas capazes de produzir 5 kg/h de hidrogênio e, posteriormente, a implementação de uma unidade 10 vezes maior, de 44,5 kg/h. A proposta é usar o combustível para substituir o diesel em um dos ônibus utilizados pelos estudantes no campus da USP. O veículo será equipado com a tecnologia de célula a combustível. A produção do hidrogênio verde a partir do etanol poderia ser interiorizada e aproveitada para descarbonizar a indústria local e o transporte pesado. O biocombustível será fornecido pela Raízen e a tecnologia desenvolvida e fabricada pela Hytron, do grupo alemão Neuman & Esser. A Toyota deverá disponibilizar o seu modelo Mirai, movido a célula a combustível, para realização dos testes. O projeto será financiado pela Shell Brasil, por meio da cláusula de Pesquisa e Desenvolvimento da ANP, com investimento de aproximadamente R$ 50 milhões.
Investimento: R$ 50 milhões
Produção de hidrogênio verde: 390 toneladas/ano
Início previsto: 2023
Apesar dos estudos e das iniciativas, a regulação do Mercado de Hidrgênio Verde no Brasil ainda está sendo discutida na esfera política. Assim, aguardam-se os novos capítulos, mas que a iniciativa é muito boa, isso é!
A Coluna Papo Ambiental é um oferecimento de:
FONTES:
BBC News Brasil. Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/articles/cyxdelyllw7o.Acesso em 24/02/2024.
EPR Brasil. Disponível em: https://epbr.com.br/hidrogenio-verde-conheca-10-projetos-promissores-em-desenvolvimento-no-brasil/.Acesso em 26/02/2024.
Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Disponível em: https://fotovoltaica.ufsc.br/sistemas/fotov/sobre/. Acesso em 26/02/2024.
International Energy Agency - IEA. Disponível em: https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/hydrogen. Acesso em 24/02/2024.
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