Papel crescente do hidrogênio para a energia limpa

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O potencial do hidrogênio para desempenhar um papel significativo na busca global por energia limpa e segura está ganhando impulso à medida que mais indústrias e governos investem em projetos voltados para esse objetivo. Impulsionados por preocupações com as mudanças climáticas, investidores e formuladores de políticas estão pressionando por reduções agressivas de carbono. Embora o hidrogênio tenha recebido atenção como fonte de energia limpa no passado, o momento atual alimentado por metas de descarbonização e tecnologias aprimoradas mostra uma promessa maior para a realização de seu potencial.

Como combustível, o hidrogênio oferece a vantagem de não produzir dióxido de carbono na combustão. A maior parte do suprimento mundial de hidrogênio, no entanto, é atualmente produzida a partir de combustíveis fósseis e usada industrialmente principalmente para refino de petróleo e indústrias de fertilizantes. De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA; O Futuro do Hidrogênio: Aproveitando as oportunidades de hoje, junho de 2019, www.iea.org), a produção de hidrogênio gera cerca de 830 milhões de toneladas métricas por ano de emissões de CO2. Há, no entanto, uma onda de projetos para criar hidrogênio "verde" via eletrólise, a partir da água.

O hidrogênio produzido pela eletrólise da água gera apenas hidrogênio e oxigênio e, portanto, não contribui para a emissão de gases de efeito estufa. Fontes de energia renováveis, como energia eólica e solar, podem ser usadas para gerar hidrogênio, tornando-se uma opção atraente para armazenar a produção variável dessas fontes. De acordo com o relatório da IEA, "é o momento certo para aproveitar o potencial do hidrogênio para desempenhar um papel fundamental em um futuro energético limpo, seguro e acessível".

Os dois artigos a seguir examinam algumas das atividades centradas no avanço da produção de hidrogênio "verde" como combustível de última geração, bem como para uso industrial. O primeiro artigo se concentra nas tecnologias de eletrolisadores, enquanto o segundo artigo oferece um resumo das atividades relacionadas à produção de hidrogênio, seu uso no transporte e muito mais.

- Dorothy Lozowski, Diretora Editorial, Engenharia Química e POWER

FIGURA 1. Os fabricantes de eletrolisadores estão expandindo a capacidade para atender à crescente demanda global

FIGURA 1. Os fabricantes de eletrolisadores estão expandindo a capacidade para atender à crescente demanda global

Os avanços tecnológicos e econômicos colocaram o hidrogênio na vanguarda das estratégias de sustentabilidade em muitos setores, com os usuários finais esperando capitalizar a promessa de reduzir significativamente ou eliminar completamente as emissões de CO2.

Grande parte da atividade em torno do hidrogênio hoje envolve eletrolisadores, que são unidades de processamento modular nas quais a corrente elétrica é aplicada para dividir as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Quando alimentados por fontes de eletricidade renováveis, como energia eólica ou solar, os eletrolisadores produzem H2 livre de emissões ou "verde".

Nos últimos anos, a produção de eletrolisadores aumentou significativamente para atender à demanda global por H2 verde. Em junho de 2020, a thyssenkrupp Industrial Solutions AG (Essen, Alemanha; www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com), em parceria com a De Nora SpA (Milão, Itália; www.denora.com), expandiu sua capacidade de fabricação de unidades eletrolisadoras ( Figura 1). "Agora temos a capacidade de construir usinas de eletrólise com capacidade anual de 1 gigawatt e vamos expandir ainda mais nossas capacidades", explica Christoph Noeres, chefe de armazenamento de energia e hidrogênio da thyssenkrupp. Esses eletrolisadores são oferecidos como módulos montados em skid pré-fabricados (Figura 2), que podem ser combinados para aumentar facilmente a capacidade de produção. Ampliar as capacidades do eletrolisador, diz Noeres, ajudará a concretizar cadeias de valor economicamente promissoras, não apenas para a produção em larga escala de H2 verde, mas também para a fabricação subsequente de produtos químicos sustentáveis, como amônia e metanol. "Green H2 desempenhará um papel central na obtenção da neutralidade dos gases de efeito estufa, bem como no estabelecimento de uma economia de circuito fechado", acrescenta Noeres. No horizonte, a thyssenkrupp está concentrando seus projetos de desenvolvimento em regiões com condições favoráveis ​​para aplicações power-to-x. No início deste ano, a empresa anunciou que suas usinas de eletrólise poderão se conectar ao mercado de eletricidade alemão por meio da usina virtual da E.ON, atuando efetivamente como amortecedores em larga escala para estabilizar a rede elétrica. Para este marco ambicioso, os eletrolisadores tiveram que atender a vários critérios de qualificação de mudança de carga detalhados nos códigos de rede das operadoras de transmissão, demonstrando que exibem velocidade de resposta e flexibilidade suficientes para participar do mercado de balanceamento de energia.