O hidrogênio é usado principalmente para fazer produtos químicos como fertilizantes e em refinarias de petróleo. A maior parte do hidrogênio no mundo hoje é feito de gás natural ou carvão – métodos associados a grandes emissões de dióxido de carbono. Os países desenvolvidos estão, portanto, procurando o "hidrogênio verde" - produzido usando eletricidade renovável, como energia solar e eólica. Os especialistas em energia Rod Crompton e Bruce Young explicam os potenciais benefícios e desafios do hidrogênio verde.
Para que é usado o hidrogênio?

A demanda global de hidrogênio atingiu 94 milhões de toneladas em 2021 e continha energia equivalente a cerca de 2,5% do consumo global de energia final. Apenas cerca de 0,1% da atual produção global de hidrogênio é verde, mas grandes expansões estão planejadas.

Estão também previstas novas aplicações para o hidrogénio verde.

A classificação de Liebreich é um indicador útil dos mercados potenciais para o hidrogênio verde.

Como o objetivo de usar o hidrogênio verde é realmente reduzir o dióxido de carbono, as aplicações a serem direcionadas primeiro devem ser aquelas que produzirão as maiores reduções nas emissões. A escada de Liebreich mostra quais são. As aplicações na linha superior (verde) são um uso eficiente do valioso hidrogênio verde.

Mas o hidrogênio verde atualmente custa muito mais para ser produzido do que tipos menos limpos de hidrogênio. Usá-lo para produzir as 180 milhões de toneladas por ano de amônia necessárias globalmente para a produção de fertilizantes teria um efeito indireto severo nos preços dos alimentos.

Portanto, é difícil ver como essa transição vai ocorrer.

Como é feito o hidrogênio verde?

O hidrogênio verde é feito de água. Usando eletricidade renovável ("verde"), equipamentos chamados eletrolisadores separam o hidrogênio do oxigênio na água (H₂O). O processo é chamado de eletrólise.

A produção de hidrogênio verde não emite dióxido de carbono, mas a construção de infraestrutura de eletricidade renovável atualmente usa combustíveis fósseis, que emitem dióxido de carbono.

O hidrogênio tem sido tradicionalmente produzido a partir de fontes de energia não renováveis, como carvão ("hidrogênio preto") e gás natural ("hidrogênio cinza"). Quando esses métodos são combinados com captura e armazenamento de carbono, o hidrogênio produzido é conhecido como "hidrogênio azul".

Quais desafios o hidrogênio verde apresenta?

Embora os custos da geração de energia renovável tenham diminuído, o custo da eletrólise ainda não é comercialmente competitivo.

Hoje, o hidrogênio verde tem um custo de energia equivalente estimado entre US$ 250 e US$ 400 por barril de petróleo no portão da fábrica, de acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável. As futuras reduções de custos são previstas, mas são incertas. Os preços atuais do petróleo estão em torno de US$ 100 o barril – muito menos do que custaria usar hidrogênio verde em vez de produtos petrolíferos convencionais.

Os custos de transporte de hidrogênio também devem ser levados em consideração.

Infelizmente, a física do hidrogênio é contra o transporte de hidrogênio de baixo custo. É muito mais desafiador do que combustíveis líquidos à base de petróleo, gás liquefeito de petróleo ou gás natural liquefeito. O transporte oceânico de hidrogênio tem que ser em temperaturas muito baixas (-253℃). A gasolina ou o gasóleo não necessitam de refrigeração dispendiosa:são transportados à temperatura ambiente.

E o hidrogênio carrega apenas 25% da energia que um litro de gasolina carrega, tornando muito mais caro transportar e armazenar a mesma quantidade de energia.

Formas alternativas de transporte de hidrogênio têm sido investigadas. Como a amônia (NH₃) é muito mais fácil e barata de transportar do que o hidrogênio, a Agência Internacional de Energia Renovável recomendou o "armazenamento" de hidrogênio em amônia para transporte. Mas isso requer equipamentos adicionais para colocar o hidrogênio em amônia e retirá-lo em seu destino. Esses processos adicionam custos de cerca de US$ 2,50 a US$ 4,20/kg (equivalente a US$ 123 a US$ 207 por barril de petróleo) de acordo com a agência.

O hidrogênio é mais difícil de manusear do que os combustíveis fósseis convencionais. É um gás incolor, inodoro e insípido, ao contrário dos hidrocarbonetos convencionais. Isso dificulta a detecção de vazamentos e aumenta o risco de incêndio ou explosão. Os incêndios de hidrogênio são invisíveis ao olho humano.

Historicamente, o hidrogênio tem sido controlado dentro dos perímetros da fábrica e gerenciado por pessoas treinadas. A introdução generalizada de hidrogênio na sociedade exigirá novas medidas e habilidades, incluindo seguros, manuseio de materiais, combate a incêndios e gerenciamento de desastres.

Onde provavelmente serão construídos os primeiros megaprojetos de hidrogênio?

A construção do primeiro projeto de hidrogênio verde em escala de gigawatts na Arábia Saudita já começou. Muitos dos projetos pioneiros serão construídos no hemisfério sul, principalmente em países em desenvolvimento. Isso ocorre porque eles são menos densamente povoados e possuem melhores recursos de energia renovável (solar e eólica) para gerar a eletricidade necessária.

Embora isso possa parecer positivo para os países em desenvolvimento, há grandes riscos no desenvolvimento de megaprojetos de hidrogênio. Por um lado, a "lei de ferro" dos megaprojetos afirma:"Sobre o orçamento, ao longo do tempo, sob os benefícios, repetidamente". Os proprietários do projeto assumem o risco de execução do projeto.

Os riscos também incluem risco de taxa de câmbio, locais remotos, tecnologia pioneira e falta de habilidades. Os países anfitriões em potencial terão que equilibrar esses riscos com as tentações de melhores investimentos, empregos e balanço de pagamentos. Seria prudente extrair garantias de seus países clientes para evitar a injustiça do sul global subsidiando o norte global em sua transição para uma energia mais limpa.

A África do Sul agora tem um "Roteiro de Hidrogênio" após muitos anos de financiamento do governo. A empresa de energia Sasol e a fabricante de veículos Toyota falam de um "Vale do Hidrogênio", um corredor geográfico de fabricação concentrada de hidrogênio e indústrias de aplicação. E o governo sul-africano e a Sasol estão falando em estabelecer um novo porto na costa oeste em Boegoebaai para a fabricação e exportação de hidrogênio verde. Em Nelson Mandela Bay, a Hive Hydrogen está planejando uma usina de amônia verde de US$ 4,6 bilhões.

A Namíbia também tem grandes planos para um projeto de hidrogênio verde de US$ 10 bilhões.

A chave para reduzir os custos do hidrogênio verde no futuro está principalmente em melhorias tecnológicas e reduções de custos relacionadas à fabricação em massa e aumento de escala na eletrólise. E, em menor grau, reduções incrementais de custos em transporte e manuseio. + Explorar mais

Gerando hidrogênio verde a partir de biomassa, uma fonte abundante de energia renovável

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.