Hidrogênio verde: o Brasil se tornará uma potência mundial?

Em um cenário global com discussões sobre a transição energética cada vez mais constantes, um recurso ganha destaque: o hidrogênio verde. Sua adoção em larga escala sempre esteve na agenda de grandes grupos de pesquisa, com promessas de expansão em escala mundial que remontam ao menos aos tempos das crises energéticas dos anos 1970 e 1980.

A retomada de cenários muito positivos para o hidrogênio, enquanto vetor energético e não apenas como insumo industrial, é mais recente e está associada à necessidade das nações de reduzirem suas emissões de gases de efeito estufa e construírem modelos econômicos de baixo carbono.

De baixo das discussões climáticas, o hidrogênio reacende esperanças como combustível tanto em processos de combustão difíceis de serem descarbonizados, como em células de combustível, tecnologia que experimenta ganhos fabulosos em termos de redução de custos, aumentos de eficiência e de confiabilidade. Levando este contexto em consideração, vamos conferir neste artigo:

• Primeiramente, o que é hidrogênio?;
• O que é hidrogênio verde?;
• Qual a importância do hidrogênio verde?;
• Como funciona o hidrogênio verde e como ele é produzido?;
• Para que serve o hidrogênio verde?;
• Quais as vantagens e desvantagens do hidrogênio verde?;
• Qual a diferença entre o Hidrogênio Verde e o Hidrogênio Azul?;
• Principais dados sobre o hidrogênio verde no Brasil e no Mundo;
• Como investir em hidrogênio verde?;
• O Brasil pode se tornar uma potência no hidrogênio verde?.

Primeiramente, o que é o hidrogênio?

Antes de falarmos sobre hidrogênio verde, é válido contextualizar, de forma geral, o que é o hidrogênio. A resposta é: o é elemento químico amplamente disponível no Universo. No entanto, ele é bastante escasso em sua forma pura no planeta Terra.

Em nossa realidade, hidrogênio precisa ser extraído da água (via processo intenso em eletricidade, a eletrólise de água), e nesse caso popularizou-se a expressão de Hidrogênio Verde, também conhecido como H2V.

O que é o hidrogênio verde?

Esse hidrogênio será “verde” se a eletricidade requerida na eletrólise da água vier de alguma fonte renovável, fundamentalmente solar fotovoltaica, eólica, hidráulica ou da bioeletricidade.

O hidrogênio também pode ser obtido a partir da reforma química de combustíveis fósseis ou renováveis. Nesses processos, o carbono permanece como subproduto na forma de CO2. Porém, neste caso, esse subproduto não é desejável e não pode ser emitido na atmosfera em tempos de descarbonização e de busca do NET-ZERO e não é considerado “verde”.

No entanto, a pegada carbônica desse hidrogênio pode ser substancialmente reduzida se ao processo de produção do mesmo forem associadas técnicas de captura e sequestro ou utilização do carbono (CCS ou CCU, do inglês carbon capture sequestration or utilization).

Quanto de hidrogênio há disponível no planeta?

Hidrogênio e hélio correspondem a 98% da massa de todo o Universo. Porém, essa realidade não se encontra uniformemente distribuída em todos os cantos do Universo. Por exemplo, no Sistema Solar, as atmosferas dos planetas gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) são compostas fundamentalmente por hidrogênio (com taxas sempre superiores a 75%).

Mas a Terra faz parte do conjunto de planetas rochosos (Marte, Vênus, Terra e Marte), que têm atmosferas muito menores e com participações irrisórias de hidrogênio. A atmosfera da Terra é composta em 99% de nitrogênio e oxigênio.

Na Terra, o hidrogênio é o nono elemento em abundância e é responsável por apenas 0,9% da massa de nosso planeta. Ele pouco aparece na sua forma gasosa (H2), quando, então, será incolor, inodoro, insípido e inflamável. Ele aparece fundamentalmente combinado com outros componentes, estando presente na água, em gases vulcânicos, além de formar várias substâncias orgânicas, em combinação com o carbono, tais como em proteínas, carboidratos e combustíveis fósseis (hidrocarbonetos, ou carvão, petróleo e gás natural).

Os elementos com números atômicos maiores teriam sido gerados pelas transmutações nucleares que ocorrem no interior das estrelas e das supernovas.

Produção de hidrogênio em forma gasosa

A produção de hidrogênio em sua forma gasosa (H2) requer grande quantidade de energia para extraí-lo das moléculas de água ou dos hidrocarbonetos. O apelo tecnológico que desenha um futuro promissor para o hidrogênio em tempos de transição energética é garantir que esse H2 não gere subprodutos carbônicos, na forma de CO2, indesejados.

Quando a água é eletrolisada usando fontes de energia renováveis, como solar, hidráulica, eólica ou mesmo bioeletricidade (em condições especiais) ou nuclear (também em condições especiais, dizemos ser gerado o hidrogênio “verde” (H2V). A eletrólise é o processo de divisão das moléculas de água (H2O) em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) pela passagem de uma corrente elétrica através de uma solução aquosa. A eletricidade também não está naturalmente disponível na Terra; é produzida de forma controlada a partir de um empreendimento de geração elétrica humano, cuja construção gerou os seus próprios impactos socioambientais.

Hidrogênio também é produzido a partir do carvão. Estima-se que, no mundo, essa rota de produção de hidrogênio tenha gerado emissões equivalentes a 900 milhões de toneladas de CO2 em 2020.

Essas formas clássicas de produção de hidrogênio não compõem os cenários de sustentabilidade esperado do hidrogênio. Esses valores de emissão de GEE precisas de ser drasticamente reduzidos. É aqui que surgem as apostas em uma rota de baixo carbono e centrada na produção de hidrogênio “verde”, isto é, através da eletrólise da água e com eletricidade obtida a partir de fontes renováveis.

Como funciona o hidrogênio verde e como ele é produzido?

1. Eletrólise: O hidrogênio (H2) e o oxigênio (O2) são separados da água (H2O) por uma corrente elétrica durante um processo conhecido como eletrólise.
2. Eletricidade renovável: a eletrólise requer eletricidade proveniente de fontes renováveis, incluindo energia solar ou eólica, para que o hidrogênio seja considerado verde. Isto garante que não haja emissões de gases de efeito estufa durante todo o procedimento.

Conforme mencionado anteriormente, a eletrólise é usada para produzir hidrogênio verde, porque isso facilita o transporte e armazenamento de energia na forma de hidrogênio com pegada carbônica zerada. Diferente da eletricidade, o H2 é extremamente flexível e altamente viável de ser utilizado em diferentes destinos.

A eletrólise está ficando mais barata e acessível como resultado das melhorias e refinamentos contínuos do processo. Ganhos de escala também conduzirão a reduções importantes de custos. Então o H2V ganha destaque no radar das empresas e dos governantes.

O processo de eletrólise requer muita energia. Essa é a grande desvantagem. Ao invés de utilizá-la para separar o hidrogênio e o oxigênio da água, a mesma eletricidade pode sempre encontrar destinos mais nobres.

Embora ainda seja produzida em menor proporção, a eletricidade de energias renováveis vem crescendo sua participação de mercado e suas fontes primárias são extremamente abundantes no planeta. A quantidade de hidrogênio produzido por eletrólise ainda representa apenas 0,1% do total. Contudo, estima-se que o H2V poderá assumir protagonismo ao longo das próximas duas ou três décadas.

Produção de hidrogênio “cinza”

O hidrogênio também é produzido a partir do carvão. Estima-se que, no mundo, essa rota de produção de hidrogênio tenha gerado emissões equivalentes a 900 milhões de toneladas de CO2 em 2020.

Essas formas clássicas de produção de hidrogênio não compõem os cenários de sustentabilidade esperado do hidrogênio. Esses valores de emissão de GEE precisam ser drasticamente reduzidos. É aqui que surgem as apostas em uma rota de baixo carbono e centrada na produção de hidrogênio “verde”, isto é, através da eletrólise da água e com eletricidade obtida a partir de fontes renováveis.

Qual a importância do hidrogênio verde?

Daqui para frente, vamos nos concentrar exclusivamente no H2V, que é apontado como o combustível do futuro, fazendo uso de fontes de geração de eletricidade renováveis e/ou com emissões líquidas zeradas de CO2. É só nesse sentido que se pode chamar o H2V de “energia limpa”, com ganhos irrefutáveis na substituição de combustíveis fósseis. Mas não se pode desprezar que o transporte e produção do H2V geram seus próprios impactos negativos ao meio ambiente e à sociedade.

Quais as vantagens e desvantagens do Hidrogênio Verde?

Vantagens:

1. Sustentabilidade:
   O hidrogênio verde, produzido a partir de fontes de energia renováveis, como a energia solar e a eólica, não liberta gases com efeito de estufa quando é produzido ou utilizado, ajudando a abrandar o aquecimento global.
2. Versatilidade:
   Pode substituir os combustíveis fósseis em uma variedade de usos em diversos setores, incluindo transporte, manufatura e produção de energia.
3. Armazenamento de energia:
   Este recurso equilibra a natureza errática das fontes de energia renováveis, como solar e eólica, permitindo armazenar energia renovável de forma eficaz para uso posterior.
4. Diminuição da poluição local:
   Por não liberar poluentes nocivos quando utilizado, melhora a qualidade do ar, principalmente nas cidades. Isto contrasta com os combustíveis fósseis.
5. Segurança:
   Embora o hidrogênio seja extremamente combustível, os perigos podem ser reduzidos com tecnologia moderna e as precauções de segurança adequadas.

Desvantagens:

1. Alto custo de produção:
   O hidrogênio verde é mais caro do que os combustíveis fósseis devido à melhoria contínua das tecnologias de produção, necessitando de gastos para reduzir custos.
2. Eficiência:
   Podem ocorrer perdas consideráveis associadas à conversão de energia em hidrogênio e vice-versa, o que pode afetar a eficiência geral do processo.
3. Armazenamento e transporte:
   O armazenamento e transporte em grande escala de hidrogênio exige o desenvolvimento de tecnologias adequadas e infraestrutura especializada.
4. Vazamentos de hidrogênio:
   Os riscos de explosão e incêndio decorrentes do vazamento de hidrogênio exigem procedimentos de segurança rigorosos e observação contínua.
5. Impacto social e ambiental:
   Deve-se ter cuidado para regular os efeitos sociais e ambientais que a produção de hidrogênio verde, que é obtido principalmente por eletrólise, pode ter. Esses efeitos incluem o uso da água e o uso da terra.

Para que serve o hidrogênio verde?

Confira as utilidades do H2V:

• Seu maior apelo nos dias de hoje é como combustível. Pode ser utilizado para a produção de calor e força motriz na indústria ou outros equipamentos, por exemplo de transporte, substituindo os combustíveis fósseis e reduzindo a pegada carbônica dos processos;
• Também pode ser utilizado para a produção de eletricidade em células de combustível, que encontram aplicações crescentes em sistemas de transporte e também em usos estacionários da energia. Nessas aplicações, o hidrogênio não gera emissões de CO2;
• É matéria-prima para bens produzidos em outras indústrias, como o setor siderúrgico e metalúrgico e a indústria farmacêutica;
• Quando o hidrogênio é combinado com ou substitui outros insumos fósseis, também produz a descarbonização dos produtos e isso afetará diretamente a redução das emissões de gases com efeito de estufa quando esses produtos vierem a ser utilizados na economia mundial;
• O hidrogênio pode ser utilizado para aprimorar a qualidade de combustíveis ou mesmo criar combustíveis adicionais, que são sintetizados a partir do hidrogênio.

Atualmente, ainda predomina o uso do hidrogênio como matéria prima, já que se trata de produto bem mais caro em comparação com os demais combustíveis fósseis. Cerca de 6% do hidrogênio mundial é produzido a partir da reforma a vapor do gás natural, sendo destinado prioritariamente para as indústrias petroquímica e de refino de petróleo.

Qual a diferença entre o Hidrogênio Verde e o Hidrogênio Azul?

O mundo busca soluções a hidrogênio que tenham pegadas baixas, nulas ou mesmo negativas de carbono. O hidrogênio “verde” ganha essa nomenclatura por sua origem renovável, derivada da eletrólise da água com eletricidade produzida de fontes renováveis.

Existem outras formas de se produzir hidrogênio de baixo carbono, que também ganham uma caracterização via “cores”, e estão atreladas à origem de seu insumo, do processo produtivo adotado e da tecnologia utilizada para mitigar eventuais fontes de CO2.

O hidrogênio azul, por exemplo, tem origem na reforma de gás natural, com captura de carbono (CCS).

O hidrogênio laranja será produzido a partir de resíduos, o hidrogênio musgo, produzido com biomassa e biocombustíveis. O hidrogênio rosa é a partir de fonte nuclear de eletricidade.

Principais dados sobre o hidrogênio verde no Brasil e no Mundo

Os principais destaques sobre o hidrogênio verde dividem-se em avanços no ramo de pesquisa e tecnologia e investimento em infraestrutura. Entre eles, podemos mencionar:

→ O compromisso entre Brasil e Alemanha, com laços firmados em 2023, no desenvolvimento de tecnologias sustentáveis, com ênfase na cooperação de energias renováveis e hidrogênio verde;

→ No Fórum Brasileiro de Líderes de Energia 2024, o estado do Rio Grande do Norte mostrou avanços em projetos de hidrogênio verde e defendeu a regulamentação do recurso;

→ O Governo estabelece metas do Programa Nacional do Hidrogênio (PNH2), com foco na consolidação de hubs desse recurso renovável até 2035.

Como investir em hidrogênio verde?

Em primeiro lugar, a indireção é possível. Isso seria através do investimento em empresas de energia renovável. Como o hidrogênio verde é produzido através de energia renovável, são necessários grandes volumes de energia limpa para o fabricar em grande escala.

As empresas que fornecem energia renovável, como a Orsted, são as únicas capazes de fazer isso. Investir em empresas envolvidas na cadeia de valor da produção de hidrogênio verde é a segunda opção.

Através do processo de eletrólise, que divide a água em seus elementos constituintes de hidrogênio e oxigênio por meio de corrente elétrica direta, o hidrogênio verde pode ser criado.

O processo de eletrólise usa células a combustível PEM e células a combustível de óxido sólido como seus dois métodos principais. Uma das principais marcas europeias em tecnologia de células de combustível e eletrólise, e mais especialmente em células de combustível de óxido sólido (SOFC), é a Ceres Power. Pode-se investir em empresas europeias de pequena capitalização na cadeia de valor da eletrólise.

O Brasil pode se tornar uma potência no hidrogênio verde?

A resposta para essa questão é: sim, o Brasil tem uma grande chance de liderar o mundo em hidrogênio verde:

Muitas fontes de energia renováveis: O país possui uma abundância de energia solar e eólica, que é perfeita para eletrólise do hidrogênio verde.

Extensão territorial: A ampla extensão territorial do Brasil permite a implantação de usinas de grande porte que maximizam a produção de hidrogênio verde.

Aumento da demanda interna: O hidrogênio verde tem aplicações nos setores de transporte, industrial e produção de energia da economia brasileira.

Posicionamento estratégico: A proximidade do Brasil com os principais mercados consumidores, como América do Norte e Europa, facilita a exportação de hidrogênio verde.
Contudo, além de fortalecer o ambiente jurídico do setor, o Brasil deve fazer investimentos em infraestrutura e pesquisa e desenvolvimento para cumprir plenamente esta promessa.