Como obter energia do hidrogênio?

O hidrogênio está presente em todos os lugares da natureza, porém, sempre combinado a outros elementos químicos. Quando falamos de hidrogênio para energia estamos nos referindo ao hidrogênio molecular (H2) que é praticamente ausente na Terra e produzido a partir de processos que consomem energia para quebrar ligações químicas com outros elementos. Uma vez produzida, a energia contida na molécula de hidrogênio pode ser convertida em eletricidade (com dispositivos chamados células a combustível) ou em calor (a partir de processos de combustão), dependendo do uso final. Justamente pelo fato de não ser encontrado livremente na natureza, o hidrogênio molecular não é uma fonte de energia, mas um vetor energético, capaz de armazenar energia a ser utilizada num segundo momento.

Como se produz hidrogênio?

Na Terra, o hidrogênio está presente principalmente em compostos químicos, o seja está ligado a outros átomos. Existem vários processos químicos capazes de separar átomos de hidrogênio de elementos mais complexos para a produção de hidrogênio molecular. O hidrogênio encontra-se, por exemplo, em combustíveis fósseis e na água. No entanto, a produção de hidrogênio utilizando combustíveis fósseis como petróleo, carvão ou gás natural, envolve a produção de dióxido de carbono (CO2), como principal resíduo do processo. Já a produção de hidrogênio a partir de um processo, conhecido como eletrólise da água, utiliza a eletricidade: átomos de hidrogênio separam-se dos de oxigênio. Produzindo, assim, H2 e obtendo oxigênio como único elemento residual.

Quais são os diferentes tipos de hidrogênio?

O hidrogênio é classificado de acordo com o processo de produção química e, cada um deles, está associado a uma cor. O hidrogênio "castanho" é obtido por meio da gaseificação do carvão. É o mais poluente em nível atmosférico e ambiental, pois produz 25 quilos de CO2 por um quilo de hidrogênio. O hidrogênio obtido do gás natural através do processo de steam methane reforming é chamado de "cinza", e tem um impacto ambiental de 11 quilos CO2/quilo H2. Se este último estiver associado a um processo de captura e armazenamento de dióxido de carbono, evitando sua dispersão na atmosfera, o hidrogênio produzido é classificado como “azul”. Devido às limitações tecnológicas da ciência ou, às perdas nos sistemas de armazenamento de dióxido de carbono, estima-se que sejam emitidos cerca de 3/6 quilos CO2/ quilo H2. O hidrogênio também pode ser produzido usando eletricidade através do processo da eletrólise que separa os átomos de hidrogênio e oxigênio, contidos na molécula de água. Se a eletricidade utilizada for produzida por uma usina nuclear, o hidrogênio é classificado como “rosa”; nenhum dióxido de carbono é liberado na atmosfera, mas são produzidos resíduos radioativos. Se, por outro lado, a eletricidade utilizada é produzida a partir de fontes renováveis, o hidrogênio é chamado de “verde” ou “renovável” e não produz emissões de dióxido de carbono.

Qual é a maturidade do mercado de hidrogênio?

Há muitos anos o hidrogênio vem sendo utilizado, principalmente, na indústria, em refinarias de petróleo e na produção de fertilizantes e de amônia. O hidrogênio é utilizado, também, na indústria alimentícia para produzir as 'gorduras hidrogenadas', presentes em diversos alimentos. A grande parte da demanda de hidrogênio hoje é produzida no mesmo local onde é consumido (pense nas refinarias, por exemplo, que o produzem para consumo próprio), portanto, não há um mercado real, haja vista que o hidrogênio não é comercializado entre diferentes operadores.

Quanto hidrogênio é consumido na Itália?

Em 2021, cerca de 94 Mt (megatoneladas) de hidrogênio foram consumidos no mundo, principalmente “cinza”, ou seja, produzidos a partir de gás natural (Global Hydrogen Review 2022, IEA). Na Itália, a demanda é estimada em cerca de 0,5 Mt e é utilizada principalmente por refinarias de amônia e outros produtos químicos (Hydrogen Monitor EU -2018 demand).

O hidrogênio é sempre limpo?

Apenas o hidrogênio verde, produzido a partir de fontes renováveis, é considerado completamente limpo e sustentável, pois não envolve emissões de dióxido de carbono.

Usar hidrogênio é seguro?

O hidrogênio já vem sendo usado há décadas em diversas atividades industriais. Ao contrário de outras substâncias, como gasolina ou metano, o hidrogênio é muito leve, mais leve que o ar. Portanto, em caso de vazamentos ou liberações acidentais, ele se espalha rapidamente em direção ao alto, dispersando-se na atmosfera. Contudo, sendo um gás altamente inflamável, torna-se potencialmente perigoso se desencadeado em altas concentrações. Assim, como para outras substâncias usadas na indústria, existem normas de segurança já em vigor há anos para produção, armazenamento e uso, que permitem a utilização do hidrogeno.

Podemos produzir eletricidade com hidrogênio?

É possível produzir eletricidade a partir do hidrogênio em dispositivos chamados células de combustível, ou ainda, em turbinas. A eficiência desses processos varia entre 35% e 60%. Considerando também a eficiência da produção de hidrogênio por eletrólise, o uso do hidrogênio verde para a produção de eletricidade não é a mais eficiente das escolhas. De fato, é muito melhor usar a eletricidade renovável produzida pelo sol e pelo vento ao mesmo tempo em que é produzida e, quando for necessário, armazená-la para uso futuro. E’ preferível a utilização de baterias, tendo uma eficiência em torno de 85%.

O hidrogênio é fácil de transportar?

Existem vários sistemas de transporte para o hidrogênio molecular. Esse elemento pode ser transportado em vagões de cilindros, ou ainda, pode ser transportado através de dutos dedicados (potencialmente também na forma líquida, mas no momento os custos são muito altos). Como alternativa ao transporte molecular de hidrogênio, uma opção mais eficiente é representada pela produção distribuída de hidrogênio por eletrólise diretamente perto de onde ele é necessário. De fato, é preferível transportar a eletricidade produzida a partir de fontes renováveis através da rede elétrica e, assim, alimentar um eletrolisador para a produção de hidrogênio no local, quando necessário.

O hidrogênio verde pode ser usado em larga escala?

Sim, se com melhorias tecnológicas e crescimento do mercado, os custos de produção forem reduzidos.

Quais são as melhores aplicações do hidrogênio?

A eletrificação é a melhor escolha para descarbonizar a maioria dos setores em que utilizamos energia no cotidiano. O melhor uso do hidrogênio é nos setores industriais "hard-to-abate", ou seja, aqueles nos quais a eletrificação é tecnicamente difícil, além de pouco competitiva. Tais setores precisam de uma grande quantidade de energia e, reduzir emissões de gases de efeito estufa é algo bem complexo. Esta definição inclui alguns setores, como a indústria produtora de aço, cerâmica ou cimento, a indústria química, as fundições, os transportes marítimos e aéreos de longo alcance.

O hidrogênio pode ser usado para aquecimento?

Existem tecnologias capazes de utilizar hidrogênio para aquecimento de edifícios. Contudo, as bombas de calor e os sistemas de eletrificação direta são cinco vezes mais eficientes em nível de consumo de energia verde.

Qual é a diferença entre um veículo movido a hidrogênio e um movido à eletricidade?

Em ambas as tecnologias, o veículo é acionado por um motor elétrico. No veículo elétrico, a energia necessária para acionar o motor é fornecida pela bateria, previamente carregada na rede elétrica. Em um veículo movido à base de hidrogênio, o hidrogênio contido em seu tanque é utilizado, em uma célula de combustível, para produzir a eletricidade que faz funcionar o motor. Portanto, no primeiro caso a eficiência do sistema corresponde à eficiência da bateria, enquanto no segundo é necessário considerar tanto a eficiência do eletrolisador para produzir hidrogênio, quanto a da célula a combustível para convertê-lo em eletricidade. A eficiência de um carro elétrico já hoje é mais de 2,5 vezes melhor do que um carro a hidrogênio.

O hidrogênio é o combustível ideal para carros?

Não. Os carros elétricos são preferíveis, não apenas pelo menor custo de aquisição e manutenção e pela ausência de rede de postos de abastecimento de hidrogênio (já existem vários de rede elétrica). Também, porque veículos elétricos existentes são 2,5 vezes mais eficientes do que os de hidrogênio, em termos de quilometragem percorrida com 1 kWh de energia verde.

Há um custo competitivo no uso do hidrogênio (verde)?

Atualmente nem o hidrogênio renovável, nem o azul, são competitivos em nível de custo se comparados com o hidrogênio cinza. De acordo com as previsões da Bloomberg NEF, porém, logo mais em 2030, o hidrogênio verde vai se tornar competitivo em relação ao hidrogênio cinza e ao azul. Isso será possível graças à expansão da indústria de eletrolisadores, à sua progressiva automação e inovação que permitirá de obter eletrolisadores cada vez mais eficientes.

O que são eletrolisadores e células de combustível?

Um eletrolisador é um dispositivo eletroquímico, composto por membranas e eletrólitos, que quando alimentado por eletricidade é capaz de quebrar as ligações químicas presentes em uma molécula de água, separando hidrogênio e oxigênio, que podem ser recolhidos e armazenados posteriormente. A célula a combustível é um dispositivo eletroquímico semelhante a um eletrolisador, composto por membranas e eletrólitos às vezes idênticos aos de um eletrolisador, capaz de fazer o processo oposto: usar hidrogênio para produzir eletricidade. As moléculas do combustível (H2) e do comburente (geralmente oxigênio O2) são quebradas em íons positivos e elétrons; este último, passado por um circuito externo, fornece corrente elétrica. Os íons H+ e O- então se unem, formando a água (H2O) como único elemento residual.

Qual é o papel da digitalização no desenvolvimento do hidrogênio?

As redes digitais irão desempenhar um papel central na administração, coordenação e supervisão de toda a produção, distribuição e entrega de hidrogênio para diversas utilizações. O emprego de softwares inovadores permite observar quaisquer dados anômalos e, assim, identificar potenciais riscos. Deste modo, é possível intervir antecipadamente, antes que ocorram danos, com manutenção preditiva. A identificação em tempo real de ineficiências permite uma melhoria no desempenho e mais eficiência nas plantas.

Perguntas frequentes sobre o hidrogênio

Perguntas frequentes sobre hidrogênio

O hidrogênio está presente em todos os lugares da natureza, porém, sempre combinado a outros elementos químicos. Se a eletricidade utilizada é produzida a partir de fontes renováveis, o hidrogênio é chamado de “verde” ou “renovável”. Também, não produz emissões de dióxido de carbono responsáveis pelas mudanças climáticas. O melhor uso do hidrogênio é nos setores industriais "hard-to-abate", ou seja, aqueles nos quais a eletrificação é tecnicamente difícil, além de pouco competitiva. Eis aqui todas as respostas para as suas curiosidades sobre esta fonte.

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