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O hidrogênio, para uma energia limpa e eficiente

O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo, e no entanto em nosso planeta é raro achá-lo em estado livre, já que é preciso extrai-lo de outros materiais como a água, o carvão, a biomassa ou o gás natural. Esta capacidade para obtê-lo, junto com sua alta eficiência, baixa toxicidade, longa vida e limpeza, fazem dele um recurso altamente apreciado pela comunidade científica e industrial já que, apesar de ser um gás muito leve, contém uma grande quantidade de energia.

Não se trata, portanto, de uma fonte de energia em si, mas de um portador desta. “É um vetor energético que permite armazenar grandes quantidades de energia proveniente de qualquer fonte”, afirma Javier Brey, presidente da Associação Espanhola do Hidrogênio (AeH2).

Atualmente os métodos de produção mais conhecidos e desenvolvidos são dois:

– Reformado com vapor de água do gás natural: supõe 95% da produção atual mundial. Consiste em combinar metano (principal componente do gás natural) com vapor de água para produzir dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio. Um grande inconveniente deste processo é que, intrinsecamente, produz emissões poluentes (CO2) e emprega como matéria-prima um combustível fóssil (gás natural).

– Eletrólise da água: atualmente limita-se a 5% da produção de hidrogênio. Consegue-se mediante a dissociação da molécula de água em seus componentes (hidrogênio e oxigênio) empregando eletricidade. O objetivo é gerar eletricidade renovável (não necessariamente excedente) para baratear custos e obter um hidrogênio livre de emissões associadas a sua produção, algo que já ocorre na Ásia e MENA (Oriente Médio e Norte da África), onde a renovável está a 2,5 centavos o kWh pelo que, como advertem desde a AeH2, o hidrogênio de eletrólise pode competir em preço com o do reformado de gás natural.

O hidrogênio é o combustível mais limpo que existe, com uma grande capacidade de armazenamento energético e possibilidade de ser obtido de múltiplas fontes de energia

Grandes potencialidades

O hidrogênio pode recombinar-se com o oxigênio do ar em um dispositivo eletroquímico denominado ‘célula a combustível’, que permite obter eletricidade e água como única emissão, sistema em torno do qual estão sendo desenvolvidos os novos usos deste elemento há décadas. Também pode ser empregado como matéria-prima para uma grande variedade de processos químicos ou ser queimado para obter calor para determinadas aplicações ou para aquecimento.

Por outro lado, seu emprego na célula a combustível elimina totalmente as emissões poluentes no ponto de consumo da energia. Esta circunstância, faz do hidrogênio o combustível mais limpo que existe.

Como recorda Brey, sua sustentabilidade não é o único aspecto positivo deste portador de energia. Sua baixa densidade e alta volatilidade o tornam um material seguro, visto que ao ser liberado e dissipado não polui o ambiente nem afeta a saúde das pessoas (nem sequer em matéria auditiva, já que utilizado como combustível é um elemento praticamente silencioso).

Também, o hidrogênio pode ser obtido de múltiplas fontes de energia, o que facilita o uso local e renovável. Não obstante, a sua produção dá origem a eletricidade, calor e outros materiais ou carburantes sintéticos, o que o converte em “um combustível altamente versátil capaz de satisfazer múltiplas necessidades” setoriais.

Ao mesmo tempo, pode tornar-se um sistema de armazenamento ou de gestão de energia, já que é possível produzi-lo quando há um excedente de energia elétrica, e armazená-lo para voltar a produzi-la quando necessário.

Aplicações industriais

Segundo a consultora inglesa Mckinsey, o hidrogênio será uma quinta parte de toda a energia consumida em 2050. Hoje em dia tem um papel decisivo em numerosas indústrias como a petroquímica, que o utiliza na elaboração de amoníaco para produzir fertilizantes, em processos de refinação de petróleo, na hidrogenação de gorduras e óleos, nas hidroalquilações ou na produção de metanol. Também tem aplicações no ramo aeronáutico, onde atua como um importante combustível para foguetes, incluindo aqueles que colocam em órbita os satélites.

O presidente da AeH2 destaca como o hidrogênio produzido por eletrólise, o processo mais sustentável, também pode contribuir para a descarbonização de quatro grandes setores:

Energia. A capacidade do hidrogênio para armazenar energia em grande escala é especialmente útil para conseguir uma maior penetração das energias renováveis no mix elétrico.

Transporte. Os veículos elétricos de célula a combustível complementam os de bateria. Expandem o mercado da mobilidade elétrica para maiores autonomias e para usos contínuos, onde as baterias são atualmente limitadas: caminhões, trens, ônibus, barcos, empilhadeiras… Para 2030 prevê-se que o hidrogênio possa alimentar entre 10 e 15 milhões de automóveis e meio milhão de caminhões.

Indústria. Atualmente, grandes quantidades de hidrogênio são utilizadas em vários setores da indústria, mas obtidas a partir de combustíveis fósseis, pelo que substituí-lo por “hidrogênio verde” conseguiria reduzir consideravelmente as emissões de CO2 associadas a estes processos.

Residencial: A injeção de hidrogênio na rede de gás natural reduz o consumo deste combustível fóssil, tão empregado nos edifícios particulares, escritórios e empresas.

Apoyo institucional

Embora o hidrogênio já esteja em fase de comercialização e disponível para seu uso industrial, as investigações concentram-se atualmente em aspectos relacionados com o impulso tecnológico, a produção em grande escala, o aumento da autonomia dos veículos de célula a combustível ou a melhoria da capacidade dos sistemas de armazenamento.

O principal desafio, entretanto, é que se trata de uma tecnologia pouco estendida, o que encarece o custo de sua aplicação. Daí que Brey aposte no investimento público em projetos de demonstração, que permitiria progredir nos desenvolvimentos. “Aqueles países que recebem grande apoio da Administração conseguiram avançar rapidamente nestas tecnologias e na sua implementação, graças à escalabilidade dos processos e medidas regulatórias que permitem procedimentos de instalações mais ágeis”, explica.

Como exemplo, cita países como Estados Unidos, Japão, Alemanha ou Canadá, nos que já existe um notável mercado de hidrogênio. Espanha, por sua parte, tem um grande potencial renovável e empresas especializadas nestas inovações, o que lhe permitiu tornar-se um país exportador do próprio hidrogênio renovável e da tecnologia associada, onde destacam aquelas companhias que instalam estações de serviço, dedicando-se ao transporte deste gás ou à sua produção.

No entanto, nosso país ainda tem um longo caminho a percorrer para alcançar as grandes potências na matéria. Para isso, Javier Brey advoga pela implantação de medidas adequadas que fomentem seu desenvolvimento energético, como o estabelecimento de um quadro regulatório e normativo que incentive estas tecnologias e facilite sua implementação, a criação de consórcios público-privados ou o aumento do investimento em P&D. “É o momento de fomentar o desenvolvimento de um tecido empresarial sólido no setor que permita a criação de milhares de postos de trabalho novos, a geração de conhecimento e patentes, e grandes benefícios para a economia e para a segurança energética espanholas”, destaca o especialista.

O apoio das instituições comunitárias será crucial nesse objetivo. Não obstante, prevê-se um crescimento do emprego no setor em torno dos 5,4 milhões para o ano 2050 na União Europeia, segundo o Hydrogen Roadmap Europe. Somente na Espanha, poderiam ser alcançados 227.000 postos de trabalho diretos em 2030 se são adotadas medidas de incentivo.

Também serão essenciais as relações entre os diferentes organismos que promovem a colaboração internacional para o desenvolvimento de projetos transnacionais no âmbito do hidrogênio e das células a combustível. Junto com a AeH2, fora de nossas fronteiras destacam os projetos realizados por Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking, European Hydrogen Association, International Association for Hydrogen Energy ou Hydrogen Europe, associação líder do setor no âmbito europeu que representa a mais de 100 empresas, que trabalham para converter a energia do hidrogênio em uma realidade cotidiana.

O hidrogênio já está disponível para seu uso industrial e as investigações concentram-se atualmente em baratear os custos, no desenvolvimento tecnológico ou na melhoria da capacidade de armazenamento.

Colaborou na elaboração deste artigo…

Javier Brey é engenheiro de Telecomunicação pela Universidade de Sevilha e Doutor pela Universidade Pablo de Olavide (Sevilha). Realizou sua tese doutoral sobre a economia do hidrogênio.

Em 1998 ingressou na equipe da Abengoa, onde começou a trabalhar em projetos de P&D relacionados com o hidrogênio e as células a combustível. Em 2013 foi nomeado CEO da Abengoa Hidrógeno, a unidade de negócio nesta matéria.

Em 2016, deixa a Abengoa para criar e dirigir H2B2, uma empresa tecnológica orientada à produção limpa de hidrogênio mediante a eletrólise polimérica. Atualmente a companhia conta com tecnologia líder e está presente na Europa e EUA.

É presidente da Associação Espanhola do Hidrogênio (AeH2), vice-presidente da Associação Europeia do Hidrogênio (EHA), vice-presidente da Associação Espanhola de Células a Combustível (Asociación Española de Pilas de Combustible – APPICE) e secretário da Plataforma Tecnológica Espanhola do Hidrogênio e das Células a Combustível (Plataforma Tecnológica Española del Hidrógeno y de las Pilas de Combustible – PTE HPC).

Participou ativamente nos Comitês Técnicos de Normalização da UNE (Associação Espanhola de Normalização), tanto de hidrogênio como combustível, como de células a combustível, representando a Espanha nos correspondentes comitês internacionais.

Dedica parte de seu tempo à docência, trabalhando como professor associado na Universidade Loyola Andalucía, onde ensina aos alunos as vantagens da economia do hidrogênio.

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