Brasil se prepara para começar a produzir hidrogênio verde

Brasil está se esforçando para entrar no mapa global da produção H2V (H2 para hidrogênio e V para verde), combustível limpo Com capacidade para atender as exigências do setor elétrico e automotivo com baixo impacto ambiental. Até o final deste ano, a EDP Brasil, uma das principais empresas do setor de energia do país, planeja iniciar as atividades de uma unidade piloto de produção de H2V em São Gonçalo do Amarante, no Ceará. O hidrogênio será obtido por meio da eletrólise da água, processo químico que utiliza a corrente elétrica para decompor a água em seus componentes, hidrogênio (H, formando H2) e oxigênio (O, formando O2) contidos em uma molécula de água (H2O). Quando o processo de eletrólise usa fontes de energia renováveis, como eólica, solar ou biomassa, o hidrogênio é classificado como verde. A central da EDP utilizará energia fotovoltaica e terá capacidade para produzir 22,5 quilogramas (kg) de hidrogénio por hora. O investimento previsto é de R$ 41,9 milhões.

O hidrogênio é frequentemente descrito como o combustível do futuro e possui alto poder calorífico, quase três vezes maior que o diesel, gasolina e gás natural. Quando convertido em energia – acionado por motor a combustão ou outra aplicação – não emite gases de efeito estufa (GEE). O vazamento de hidrogênio remanescente na atmosfera, em contato com o oxigênio, produz vapor de água.

O hidrogênio, o elemento mais abundante no universo, raramente é encontrado isolado da Terra, mas é encontrado em muitos compostos, incluindo água, combustíveis fósseis e vários tipos de biomassa. A aquisição de gás, nestes casos, depende dos processos envolvidos. A mais comum é a reforma a vapor, que é uma reação química de hidrocarbonetos, geralmente gás natural, com água. O hidrogênio produzido dessa forma é chamado de cinza, pois o processo de conversão libera dióxido de carbono na atmosfera, ou azul, quando o dióxido de carbono resultante é capturado durante sua produção e armazenado geologicamente.

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o hidrogênio verde O produto será utilizado na planta piloto do Ceará para substituir parte do carvão que abastece a Usina Termelétrica Pecém (UTE Pecém). “É um projeto de pesquisa e desenvolvimento. [P&D] O que nos permitirá perceber o ganho energético que o hidrogénio proporciona, com um rendimento energético quatro vezes superior ao do carvão”, afirma Cayo Moraes, COO da EDP.

A planta piloto de H2V também permitirá à empresa monitorar a viabilidade técnica, organizacional e econômica da produção do combustível. A expectativa é que a unidade forneça os subsídios necessários para decidir sobre a instalação de uma planta em escala industrial no estado. Nesse caso, o hidrogênio pode ser exportado para empresas europeias de energia, gerar combustível para veículos ou abastecer empresas industriais.

Especialistas em energia acreditam que o projeto é o primeiro de uma série de iniciativas voltadas à produção de hidrogênio verde no país. Só o governo cearense acrescentou 14 memorandos de entendimento com grupos privados interessados ​​na produção de combustíveis no estado. “Talvez nem todos consigam. Mas se metade dos acordos estiver em vigor, teremos o equivalente a Itaipu em operação no Ceará entre 2025 e 2030”, afirma Rosian Medeiros, secretária-executiva de indústria da Secretaria de Desenvolvimento Econômico e Trabalho do Ceará (Sedet). A capacidade instalada da Usina Hidrelétrica de Itaipu, que é a maior do país, é de 14 gigawatts.

Rio Grande do Norte, Piauí, Pernambuco, Bahia, Minas Gerais, Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul também informaram que assinaram memorandos com geradores de energia. A corrida para atrair projetos de produção de hidrogênio verde é global. Chile, Japão, Alemanha, Holanda, Estados Unidos, Coreia do Sul, Austrália e China são alguns dos países que anunciaram programas nacionais de estímulo ao desenvolvimento tecnológico e à produção de H2V.

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No mundo existem 520 projetos de usinas de hidrogênio, segundo o Hydrogen Council, um consórcio de representantes dos maiores produtores de gás. Se confirmados, exigiriam investimentos de US$ 160 bilhões. A associação estima que a produção de combustíveis ultrapassará 600 milhões de toneladas por ano (toneladas/ano) e responderá por 22% da demanda global de energia em 2050, permitindo uma redução de 20% nas emissões globais de gases de efeito estufa. As previsões da Agência Internacional de Energias Renováveis ​​(IRENA) são mais modestas. Para ela, o setor produzirá 409 toneladas/ano em 2050, o que, segundo cálculos da entidade, representará 12% da demanda global de energia.

Atualmente, a contribuição do hidrogênio para a matriz energética global é ínfima. Praticamente todo o hidrogênio produzido, pouco mais de 100 milhões de toneladas por ano, é utilizado para fins químicos em processos industriais, como refino de petróleo, produção de fertilizantes, siderurgia e indústria química.

Especialistas antecipam que o processo de produção de H2V dominante nos próximos anos será a eletrólise da água – o mesmo proposto para a planta piloto do Ceará. Este método será obtido principalmente através de plantas equipadas com eletrolisadores (equipamento responsável pelo processo de eletrólise) alimentados a partir de fontes renováveis ​​de energia, garantindo que todo o processo seja livre de gases de efeito estufa (Veja o gráfico).

Brasil se prepara para começar a produzir hidrogênio verde – Foto: Alexandre Afonso

Uma das principais barreiras para aumentar a oferta mundial de hidrogênio verde é a necessidade de ganhos de maturidade tecnológica na cadeia produtiva do hidrogênio, segundo o relatório “A Geopolítica da Transição Energética: O Fator do Hidrogênio”, divulgado pela IRENA em janeiro. Outro são os altos custos de produção e logística.

Segundo a Agência Internacional de Energia (AIE), o quilo de hidrogênio cinza custa pouco mais de US$ 1 – tornando-o competitivo com o gás natural. O custo médio do hidrogênio azul é de US$ 2,3 por quilo. O preço do quilo de hidrogênio verde varia entre US$ 3 e US$ 8, dependendo da fonte de energia utilizada e da região do mundo em que essa energia é produzida. A IRENA prevê que a expansão da oferta mundial de energia renovável e os ganhos em escala de produção farão do hidrogênio verde um concorrente do azul em 2030, e na próxima década os custos de produção se aproximarão dos oferecidos pelo hidrogênio cinza.

De acordo com o Plano Nacional de Expansão Energética (PDE 2031), elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), órgão vinculado ao Ministério de Minas e Energia, o Brasil está em condições de produzir hidrogênio verde a uma taxa mais barata do que o mercado internacional. média. O custo estimado do H2V – devido à falta de produção efetiva – varia entre US$ 2,2 e US$ 5,2 por quilo no país.

“A popularização do hidrogênio será uma necessidade. Estamos diante de uma emergência ambiental e o mundo já percebeu que não é mais possível contar com combustíveis fósseis para gerar eletricidade e abastecer veículos”, afirma o engenheiro Paulo Emílio Valadao de Miranda, Diretor do Laboratório de Hidrogênio da Pós-Graduação Alberto Luis Coimbatore e Pesquisa em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ) e Presidente da Associação Brasileira de Hidrogênio (ABH2).

Uma oportunidade para reduzir os custos de produção de hidrogênio é aumentar a eficiência do eletrolisador. Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais da Universidade Federal de São Carlos (CDMF-UFSCar), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) financiados pela FAPESP, estudam materiais capazes de reduzir o consumo de energia na indústria química processo de hidrólise da molécula de água. Como explicou a química Lúcia Helena Mascaro Sales, diretora de pesquisa do projeto, um dos melhores catalisadores – substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas na eletrólise – são os metais nobres, principalmente a platina. Níquel, cobalto ou molibdênio combinados com ligas de ferro ou sulfetos com ótimo desempenho também podem ser utilizados.

A equipe da UFSCar estuda o uso de materiais como óxido de titânio modificado com sulfeto de molibdênio ou várias ligas compostas por níquel, cobre, molibdênio e ferro. “Em escala laboratorial, demonstramos que é possível reduzir significativamente o consumo de energia na eletrólise da água”, diz Mascaro. A petrolífera anglo-holandesa Shell, co-patrocinadora com a FAPESP de outro projeto de pesquisa em que Mascaro está envolvido, em transportadores densos em energia, tem interesse em testar catalisadores desenvolvidos em plantas-piloto em Amsterdã, na Holanda e em Houston, nos Estados Unidos

Na Universidade Federal do Ceará (UFC), a professora Adriana Nunes Correa, do Departamento de Química Analítica e Físico-Química, estuda materiais metálicos capazes de aumentar a eficiência do eletrolisador e reduzir seus custos. A proposta de pesquisa, ainda em fase inicial, é utilizar células de eletrólise microbiana, utilizando microrganismos como biocatalisadores, para produzir hidrogênio a partir de efluentes domésticos ou industriais. A ideia é converter a energia química do esgoto em corrente elétrica, o que possibilita a obtenção de gás. “Esse processo permitirá a produção de hidrogênio e o processamento de resíduos orgânicos ao mesmo tempo”, diz Correa.

A pesquisa com foco no hidrogênio verde também é realizada na Universidade Federal do Paraná (UFPR). O químico Helton José Alves, coordenador do Laboratório de Materiais e Energias Renováveis, dedica-se ao estudo de novos métodos tecnológicos para produção de combustíveis. Um deles utiliza bactérias ácidas para destruir a biomassa remanescente de efluentes industriais.

A investigação resultou na publicação de dois artigos na revista Revista Internacional de Energia de Hidrogênio. O negócio lida com a produção de hidrogênio a partir de águas residuais em cervejarias. “A grande vantagem é reduzir os custos de produção e economizar recursos hídricos”, diz Alves. O processo produtivo para a produção de hidrogênio será referido como uma solução energética para a própria indústria na qual o efluente é gerado.

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Outro método considerado de produção de hidrogênio é usar o método conhecido como reforma a seco do biogás. Alves explica que o sistema espera usar o metano e o dióxido de carbono presentes no biogás para gerar o gás de síntese, que é uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. O processo ocorre em reatores com catalisadores metálicos à base de níquel, a uma temperatura de 700-800 C. Em seguida, o gás de síntese é purificado para obter hidrogênio. Alves prevê: “Em cooperação com os parceiros, pretendemos instalar uma unidade piloto capaz de produzir 1 kg de hidrogénio por hora em 2022”. Ao contrário do sistema tradicional de reforma a vapor de gás natural, o sistema de secagem não necessita de água.

O estudo de métodos de produção de hidrogênio que não dependem de água pura para suas operações é de grande interesse e é acompanhado de perto por profissionais do setor. Segundo a IRENA, para produzir anualmente 409 milhões de toneladas de hidrogênio verde e suprir 12% da demanda global de energia em 2050, será necessário consumir entre 7 bilhões e 9 bilhões de metros cúbicos de água anualmente. O total é inferior a 0,25% do consumo atual de água doce. Pode parecer pequeno, mas é um tamanho impressionante em um mundo onde tal recurso é escasso.

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