O papel certo do hidrogénio na transição energética

Hidrogénio estratégico: A eficiência acima da ideologia

O hidrogénio não é uma bala de prata - e tratá-lo como tal pode desperdiçar tempo e recursos preciosos.

Embora o hidrogénio tenha um papel fundamental a desempenhar na descarbonização de sectores como o aço, o transporte marítimo e a aviação, não é eficiente nem necessário para todas as aplicações. Utilizar o hidrogénio quando existem alternativas melhores, como a eletrificação direta de automóveis ou edifícios, pode atrasar a transição e inflacionar os custos. Como qualquer ferramenta, o hidrogénio funciona melhor quando utilizado com precisão. O desafio atual consiste em ultrapassar o exagero e utilizá-lo onde faz mais sentido - do ponto de vista técnico, económico e ambiental.

Este artigo tem como objetivo esclarecer estes aspectos, contribuindo para desmistificar um tema que, com demasiada frequência, suscita posições dogmáticas em vez de um diálogo pragmático.

Uma procura crescente de hidrogénio

À medida que os objectivos de descarbonização se aceleram, o interesse do investimento em aplicações de hidrogénio está a aumentar acentuadamente - embora muitos projectos ainda se encontrem em fases iniciais e o sucesso dependa de casos de utilização específicos e escaláveis. Em 2024, o investimento global em hidrogénio verde foi estimado em cerca de 8 mil milhões de dólares, com os analistas de mercado a anteciparem um crescimento substancial até 2030. Os principais investidores estão a comprometer capital em grande escala - como o fundo de infra-estruturas Hy24 de 2 mil milhões de dólares, que apoia projectos avançados de hidrogénio verde na Europa e na Ásia.

O nosso último artigo sobre as cores do hidrogénio abordou brevemente os actuais sectores de implementação do hidrogénio, mas qual é a sua distribuição e como irão evoluir os números relacionados?

Previsões da procura de hidrogénio segundo a Perspetiva Energética Global 2023 da McKinsey & Company

A expansão e diversificação das operações com hidrogénio

Atualmente, cerca de 95% da procura de hidrogénio tem origem em sectores industriais como o fabrico de fertilizantes, a dessulfuração e o hidrocraqueamento para desenvolver combustíveis mais limpos ou a utilização do hidrogénio como matéria-prima para ^plásticos2. Os restantes 5% concentram-se nos domínios da produção de energia (células de combustível de hidrogénio, armazenamento de energia⁾³, aeroespacial e voos espaciais (propulsão de foguetões⁾⁴ e utilizações emergentes como os transportes limpos (camiões, autocarros) ou a mistura de hidrogénio em ^redes de gás5.

Prevê-se que o cenário de implantação do hidrogénio se diversifique significativamente. De acordo com a Perspetiva Energética Global 2023 da McKinsey&Company, a distribuição futura pode assemelhar-se ao seguinte

• 50-60% para aplicações industriais: maior produção de amoníaco, metanol e aço, crescimento dos processos com baixo teor de carbono.

• 15-20% para os Transportes: desenvolvimento de veículos a pilhas de combustível (especialmente transportes marítimos e pesados).

• 20-25% para a produção e armazenamento de energia: produção de eletricidade, equilíbrio da rede, armazenamento de energia a longo prazo.

• 5-10% para a construção e o aquecimento: crescimento das aplicações de aquecimento residencial e comercial.

Estes números ilustram ainda mais a atratividade do hidrogénio para várias indústrias. No entanto, é crucial identificar onde e porquê o hidrogénio oferece mais valor - e onde não oferece.

O hidrogénio líquido já alimentou o programa Apollo da NASA, as missões que enviaram humanos à Lua há mais de meio século!

Sectores preparados para a implantação do hidrogénio

• Indústria pesada

A produção de aço, ferro, produtos químicos ou cimento é essencial para o nosso modo de vida moderno. No entanto, a indústria pesada é responsável por quase 40% das emissões globais_de ^CO26. Isto deve-se principalmente ao elevado calor (1.400-1.700°C⁾⁷ necessário para converter materiais em aço ou cimento - ou ao carvão, petróleo e gases naturais utilizados como matéria-prima para a produção de produtos químicos.

O hidrogénio produzido a partir de energias renováveis poderia ser um elemento-chave na descarbonização da indústria pesada, servindo como um agente redutor eficiente e limpo na produção de ferro. O processo emitiria vapor de água em vez de_CO2. A título de exemplo, a iniciativa HYBRIT armazena ¹⁰⁰ m3 de gás hidrogénio verde para produzir ferro e aço sem recurso a combustíveis fósseis à escala industrial, com o objetivo de reduzir as emissões de dióxido de carbono da Suécia e da Finlândia em 10% e 7%, respetivamente. Isto poderia reduzir potencialmente os custos operacionais da produção de hidrogénio até 40%!

Durante o processo Haber-Bosch, o hidrogénio reage com o azoto para formar amoníaco (_NH3), um componente essencial para os fertilizantes. Atualmente, o hidrogénio cinzento derivado do gás natural ou do carvão é o principal tipo de hidrogénio utilizado neste processo. A mudança para uma forma mais limpa de hidrogénio no processo de produção de amoníaco poderia reduzir significativamente as suas emissões_{de CO2}. A utilização de hidrogénio azul poderia reduzir estas emissões até 80% e o hidrogénio verde até 90% !I

O projeto "First Ammonia " no Texas, EUA, está a aumentar a escala de um eletrolisador de 100 MW para impulsionar a produção de hidrogénio verde e fornecer cerca de 300 toneladas de amoníaco verde por dia.

Instalação de armazenamento de hidrogénio Hybrit

• Transporte de veículos pesados

Ao permitir um reabastecimento mais rápido, uma carga útil optimizada e uma maior autonomia, o hidrogénio pode ajudar a resolver vários desafios com que se deparam os transportes de longo curso. Os veículos pesados estão a mudar progressivamente para veículos eléctricos a bateria (BEVs).

Mesmo assim, a eletrificação por si só não permitirá uma descarbonização total dos transportes pesados. Por exemplo, os camiões de longo curso que necessitam de baterias de 1-2MWh levam muitas vezes várias horas a carregar completamente, aumentando a duração das viagens até 35%. A utilização de células de combustível de hidrogénio ou de motores de combustão poderia reduzir o tempo de carregamento para 10-15 minutos.

A Fundação Solar Impulse classificou a Solução de Hidrogénio da Ways2H, que foi adoptada pelo Reino Unido para servir cerca de 1600 autocarros a pilhas de combustível, fornecendo 500 kg a 1 tonelada de combustível renovável de hidrogénio por dia. Camiões pesados, camiões ou outros veículos pesados de mercadorias, poderiam otimizar seriamente a sua autonomia de viagem e percorrer até 11 000 quilómetros de estrada por dia! Se as fontes de combustível dos camiões de longo curso passassem dos combustíveis fósseis convencionais para o hidrogénio verde renovável, as emissões de gases com efeito de estufa poderiam ser reduzidas em cerca de 89%.

No mundo do transporte marítimo de mercadorias, a Maersk está a desenvolver fortemente a produção de metanol verde como combustível para os seus navios. A empresa está a colaborar com a Carbon Sink LLC para produzir 100 000 toneladas de metanol verde, uma combinação de hidrogénio verde e_CO2 biogénico, por ano. Atualmente, estão activos 13 navios de carga Maersk bicombustíveis que funcionam com metanol verde. Até ao final do ano, estarão operacionais 19 navios, gerando uma poupança anual de emissões_{de CO2} de cerca de 2,3 milhões de toneladas. Para além disso, as alterações necessárias para incorporar esta tecnologia permitiram aumentar a capacidade dos navios de 15 000 para 15 690 TEU(Twenty-foot Equivalent Unit).

O metanol verde desenvolvido a partir do hidrogénio verde poderá servir de inspiração para o desenvolvimento do transporte de carga

• Armazenamento a longo prazo

O hidrogénio pode também ser utilizado para armazenar a energia excedente da energia eólica e solar e reutilizá-la quando necessário, em vez de a desperdiçar. A transformação de energia em gás (hidrogénio) pode proporcionar semanas ou meses de armazenamento, ao contrário das baterias, que estão limitadas a horas ou dias.

No Utah, EUA, está a ser construído o maior local de armazenamento de hidrogénio do mundo, o projeto Advanced Clean Energy Storage (ACES) . O projeto ACES fornecerá mais de 300 GWH de armazenamento de energia em enormes grutas de sal, cada uma com uma área suficiente para albergar o Empire State Building. Lançada pela Mitsubishi Power e pela Magnum Development, a iniciativa utilizará estas cavernas de sal para armazenar energia renovável. Mike Ducker, Vice-Presidente de Combustíveis Renováveis da Mitsubishi Power afirmou que:

"Seriam necessários cerca de 40 GW de baterias de iões de lítio para ter a mesma quantidade de potencial de armazenamento em apenas uma das nossas cavernas".

Até 2026, haverá 4 cavernas disponíveis para armazenamento. As cavernas são criadas através da dissolução de sal com água (extração de soluções) e produzem salmoura. Este produto permanecerá contido em tanques de evaporação que dispõem de sistemas de monitorização das águas subterrâneas e de deteção de fugas, garantindo um impacto ambiental mínimo. Além disso, as formações salinas têm baixa porosidade e a capacidade de fechar naturalmente as fracturas, garantindo a contenção do gás a longo prazo.

Sectores incompatíveis com o desenvolvimento do hidrogénio

Existem várias indústrias onde o hidrogénio não parece ser a alternativa mais promissora. Em várias situações, a eletrificação, as baterias ou outras soluções de baixo carbono têm uma vantagem competitiva sobre o hidrogénio em termos de eficiência, custo e plausibilidade.

• Aquecimento estrutural

As bombas de calor são muito mais eficientes do que as fontes de aquecimento a hidrogénio. As caldeiras a hidrogénio funcionam normalmente com uma eficiência de 60-70%, em comparação com as bombas de calor, que podem atingir uma eficiência de 300-500% devido à sua capacidade de transferir ^calor em vez de o gerar8. Além disso, a reorientação das infra-estruturas de modo a que o hidrogénio possa ser incorporado nos gasodutos é demasiado dispendiosa e complexa.

• Automóveis de passageiros e veículos comerciais ligeiros

Embora tenhamos visto os benefícios da tecnologia do hidrogénio para os transportes pesados, estes não se aplicam quando se trata de automóveis mais pequenos destinados a transportes curtos ou mesmo a transportes públicos urbanos. Os veículos ligeiros requerem baterias muito mais pequenas e leves do que os transportes pesados. Um camião elétrico com uma autonomia de 1000 km pode necessitar de 4-6 toneladas de ^baterias9, mas a bateria de um automóvel de passageiros pesará apenas 400-600 kg e terá uma autonomia de 500-600 km^.10 Para esta autonomia, a eficiência energética (75-85% para os VEB, 30-40% para os veículos movidos a ^{hidrogénio11}) será uma vantagem em relação às caraterísticas de recarga rápida dos veículos a hidrogénio.

Além disso, os veículos eléctricos a bateria (VEB) estão espalhados por todo o mundo e são amplamente apoiados. Existem atualmente mais de 26 milhões de VEB no ^mercado12. Em contrapartida, existem apenas 70 000 pilhas de combustível à mesma ^escala13. O desenvolvimento de infra-estruturas de reabastecimento de hidrogénio para competir com os VEB seria escasso, dispendioso e não ofereceria uma vantagem significativa em termos de pegada ambiental.

Os mesmos argumentos são válidos para os transportes públicos urbanos, como comboios de metro e autocarros, que são aplicações de curto alcance e baixa potência que favorecem de forma semelhante a eficiência energética.

Gráfico que demonstra a expansão dos VEBs, por Statista Mobility Market Outlook

• Processos industriais de baixa temperatura

Processos como o processamento de alimentos, têxteis, secagem de papel ou lavagem de garrafas requerem calor entre ^60-150ºC14. Mais uma vez, os aquecedores eléctricos resistivos ou as bombas de calor convertem energia em calor com grande eficiência (100% para aquecedores ^resistivos15, até 300-500% para ^bombas de calor16) em contraste com o aquecimento à base de hidrogénio (30-40%⁾¹⁷. Como as bombas de calor e os sistemas resistivos são tão eficientes, consomem muito menos energia e, consequentemente, são mais baratos.

Abastecer o futuro, estrategicamente!

No Reino Unido, três ensaios separados de aplicações de hidrogénio para aquecimento residencial foram abandonados em meados de 2024 devido a provas concretas de que as bombas de calor eléctricas eram mais eficientes e rentáveis. Só um dos projectos foi estimado em 200 milhões de libras se tivesse sido implementado.

Estes ensaios sublinham a necessidade de investir no hidrogénio nos casos em que este proporciona um valor real e escalabilidade. Iniciativas estratégicas - como o Banco Europeu do Hidrogénio, que atribui atualmente mais de mil milhões de euros a projectos de hidrogénio verde - demonstram como o financiamento orientado pode acelerar o impacto. Em complemento, a Comissão Europeia adoptou uma nova metodologia de emissões para o hidrogénio com baixo teor de carbono, completando o quadro regulamentar da UE e proporcionando clareza jurídica aos investidores. Em conjunto, estes esforços reforçam a confiança no sector e ajudam a posicionar o hidrogénio como uma solução credível.

A Fundação Solar Impulse está empenhada em contribuir, juntamente com a Climate Impulse, para demonstrar o valor estratégico do hidrogénio, não de forma generalizada, mas onde faz sentido, fornecendo um modelo inspirador para a inovação e implantação sustentáveis. Neste espírito, o nosso próximo artigo apresentará as ideias de um experiente especialista em hidrogénio, que partilhará a sua perspetiva sobre as perspectivas futuras da indústria... Fique atento!