Descodificar o arco-íris de hidrogénio

Série Hidrogénio

No ano passado, o nosso fundador Bertrand Piccard anunciou o lançamento da sua futura missão inovadora: Climate Impulse. Depois de dar a volta à Terra com o avião Solar Impulse entre 2015 e 2016, Bertrand Piccard pretende alargar ainda mais os limites do pioneirismo das tecnologias limpas. Em 2028, tentará dar outra volta ao mundo, desta vez sem paragens e sem emissões, num avião movido a hidrogénio verde.

O hidrogénio verde é um termo emergente no campo da sustentabilidade ambiental e está mesmo no centro do atual debate sobre sustentabilidade: aclamado como um herói da energia limpa por alguns, criticado como uma distração dispendiosa por outros. Os seus métodos de produção variam drasticamente em termos de impacto de carbono - desde o hidrogénio "cinzento" de origem fóssil até ao hidrogénio verdadeiramente verde produzido com eletricidade renovável. Os críticos questionam a sua ineficiência e escalabilidade, especialmente para os transportes terrestres e o aquecimento. No entanto, em sectores difíceis de descarbonizar, como a aviação, onde a densidade energética é importante e as soluções de bateria são insuficientes, o hidrogénio continua a ser um dos poucos caminhos viáveis para um verdadeiro voo com emissões zero.

Este artigo é o primeiro de uma série destinada a ajudá-lo a compreender melhor as noções básicas sobre o hidrogénio - e o seu impacto no clima.

O hidrogénio na Terra

Para compreender porque é que o hidrogénio é fundamental para a nossa sociedade e cada vez mais popular como um potencial ator-chave para alcançar um futuro sustentável, temos de explorar o seu papel fundamental:

• 0,00005% do volume da Atmosfera sob a forma de gás (_H2)^.1

• Os átomos de hidrogénio constituem aproximadamente 11% da massa total da água^.2

• 10% da massa do nosso corpo^.3

O hidrogénio tem também um enorme impacto na nossa vida quotidiana: de acordo com um relatório da AIE, são produzidas anualmente 90 milhões de toneladas de hidrogénio a nível mundial apenas para fins industriais (produção de amoníaco, refinação de petróleo). Além disso, o hidrogénio é utilizado nos sectores da energia (células de combustível, armazenamento de energia), aeroespacial e voos espaciais (propulsão para foguetões) ou transportes limpos (transportes públicos, transporte marítimo de carga). Há uma distinção clara a fazer entre os diferentes tipos e cores de hidrogénio, de acordo com o seu método de produção.

Uma visão sobre a procura global de hidrogénio em 2023 pela Universidade de Stanford

Cores do hidrogénio que emitem carbono

O hidrogénio preto ou castanho é produzido através da gaseificação do carvão, um processo que gera emissões significativas_{de CO2} (19 _tCO2/tH2⁾⁴. É utilizado para sintetizar amoníaco, especialmente na China e na Índia, países ricos em carvão que utilizam o amoníaco como fonte de fertilizante, ou na África do Sul para converter carvão em ^{combustíveis} líquidos5.

O hidrogénio cinzento é um produto dos combustíveis fósseis através da reforma do gás a vapor ou da gaseificação do carvão. O hidrogénio cinzento é atualmente a principal solução de hidrogénio do mundo; representa ^95%6 do consumo de hidrogénio da nossa sociedade e é utilizado para processos de hidrogenação em produtos alimentares ou electrónicos, ou para produzir metanol a nível mundial. Atualmente, é a opção de hidrogénio mais atraente do ponto de vista financeiro, uma vez que custa cerca de 1 a 2 dólares por quilograma de ^H27. No entanto, não é uma opção viável, uma vez que liberta 10-19 toneladas de_CO2 por tonelada de _H2 para a ^atmosfera8.

Obtido a partir do gás natural por reformação a vapor do gás em conjunto com a captura e sequestro de carbono (CCS), o hidrogénio azul é visto como uma "tecnologia ponte" no caminho para a descarbonização total. Reduz significativamente as emissões de_CO2 (1-4 tCO2/tH2⁾⁹ em comparação com o hidrogénio cinzento e continua a ser relativamente barato (1,5 a 3 dólares por quilograma de H2⁾¹⁰. O hidrogénio azul está a ser cada vez mais implementado na indústria dos transportes como fonte de energia para camiões pesados, autocarros, comboios e navios.

A roda das cores do hidrogénio

Cores de hidrogénio promissoras e tecnologicamente acessíveis

O hidrogénio verde tem origem em fontes de energia renováveis, como a eólica, a solar ou a hídrica, através de um processo conhecido como eletrólise da água, em que um eletrolisador divide as moléculas de água (_H2O) em gás oxigénio (_O2) e gás hidrogénio (_H2). Este processo gera entre 0-2,5 kg_{de CO2} por kg de ^H211, dependendo da fonte de eletricidade e da eficiência do processo de eletrólise, o que faz dele a forma mais limpa de hidrogénio que temos hoje em dia. Atualmente, os custos do hidrogénio verde são elevados (3 a 8 dólares por quilograma de _H2⁾¹², o que pode explicar o facto de representar menos de 0,1% da ^produção mundial de hidrogénio13. Para alterar esta situação, é necessário desenvolver instalações de produção de hidrogénio verde. Na Arábia Saudita, o projeto NEOM visa construir a maior central de hidrogénio verde do mundo. Só com a expansão destas estruturas é que a produção de hidrogénio verde poderá tornar-se acessível à escala global.

O hidrogénio amarelo também é desenvolvido através da eletrólise da água e utiliza a eletricidade da rede eléctrica geral, que é normalmente uma mistura de combustíveis fósseis, energias renováveis e nuclear. À medida que as redes eléctricas se modernizam, o hidrogénio amarelo pode tornar-se a forma mais barata de hidrogénio renovável a médio prazo. A Suécia é um ótimo exemplo a seguir: aproximadamente 99% do seu cabaz energético baseia-se em fontes limpas a partir de 2024.

O hidrogénio roxo, rosa e vermelho também pode ser considerado uma fonte de energia limpa, uma vez que não emite_CO2 durante a sua produção. Tal como o hidrogénio verde, são produtos da eletrólise da água, mas alimentados por energia nuclear e calor em vez de fontes de energia renováveis. Isto significa que são emissores zero de carbono se a fonte nuclear não tiver emissões. Atualmente, o acesso a estas cores de hidrogénio é mais fácil do que ao hidrogénio verde, uma vez que as instalações de produção (centrais nucleares) são mais frequentes. No entanto, o preço da produção pode variar significativamente de uma região para outra, dependendo da aceitação política e pública das centrais nucleares.

Explicação da produção de hidrogénio verde da NEOM

Cores de hidrogénio potencialmente limpas nas primeiras fases de desenvolvimento

O hidrogénio laranja visa a produção de hidrogénio a partir de resíduos plásticos através da pirólise, da catálise por micro-ondas e da foto-reforma. Estes processos técnicos e químicos decompõem os resíduos plásticos na ausência de oxigénio, utilizando energia de micro-ondas e catalisadores activados pela luz. O objetivo é extrair hidrogénio do material plástico para transformar os resíduos numa valiosa fonte de energia. Esta tecnologia complexa necessita ainda de ser aperfeiçoada e ainda não atingiu a maturidade à escala industrial. O plástico varia muito na sua composição (polietileno versus PVC), o que dificulta a extração de hidrogénio suficiente. Os catalisadores são uma parte essencial do processo de produção, mas são atualmente muito caros, propensos a erros e não estão optimizados para a produção em grande escala.

O Turquoise Hydrogen é o hidrogénio produzido a partir do gás natural na sequência de uma pirólise do metano. O gás natural é decomposto em hidrogénio e carbono sólido a altas temperaturas. Como o carbono é sólido, não é libertado na atmosfera, mas tem de ser armazenado, o que pode causar dificuldades logísticas adicionais. A manutenção das altas temperaturas necessárias para o processo de produção é um desafio e atualmente consome muita energia, além de ser dispendiosa. Como este hidrogénio ainda requer metano na sua fase de produção, as fugas na cadeia de abastecimento podem comprometer os benefícios climáticos. O hidrogénio turquesa pode precisar de algum tempo antes de provar que é uma solução limpa, mas pode muito bem tornar-se uma alternativa.

Uma visão sobre a produção de hidrogénio turquesa:

O que deve ser lembrado

O potencial sustentável de uma energia depende em grande medida do processo de produção que conduz à sua existência. Os veículos eléctricos são indiscutivelmente uma forma de reduzir as nossas emissões de gases com efeito de estufa, uma vez que libertam diretamente muito menos carbono do que os carros movidos a gás natural. No entanto, para ter um impacto definitivo e positivo no ambiente, é necessário desenvolver soluções para reduzir a nossa pegada de carbono no processo de produção. Se, a longo prazo, a fonte de energia eléctrica ou as baterias continuarem a ser combustíveis fósseis ou outros materiais emissores de carbono, estaremos apenas a esconder e a adiar os nossos problemas, e não a encontrar soluções.

Este mesmo princípio aplica-se ao desenvolvimento futuro das tecnologias do hidrogénio. Em 2023, a Agência Internacional da Energia (AIE) estimou que apenas 1% (!) da produção mundial de hidrogénio poderia ser considerada limpa. Até 2030, as projecções da McKinsey afirmam que este número poderá aumentar para 30%. Uma expansão significativa das tecnologias de produção de hidrogénio limpo será de importância vital para que o hidrogénio verde se torne uma opção globalmente acessível.

As actuais aplicações do hidrogénio verde já são promissoras, o que poderá motivar os potenciais interessados a investir mais neste domínio. Fique atento para saber mais sobre estas adopções no nosso próximo artigo sobre o hidrogénio!