A revolução do hidrogênio verde via eletrólise

Em uma era marcada por crescentes preocupações com o meio ambiente e pela necessidade urgente de se fazer a transição para fontes energéticas mais limpas e sustentáveis, a eletrólise emergiu como uma tecnologia transformadora com potencial para revolucionar o cenário energético. Continue lendo para entender sobre a tecnologia que facilitará a revolução do hidrogênio verde via eletrólise.

A eletrólise é um processo que aproveita a energia elétrica para dividir as moléculas de água em gases hidrogênio e oxigênio. Quando o processo é alimentado por uma energia renovável, ele pode ser usado para criar o hidrogênio verde – o qual, por sua vez, pode ser usado como um portador de energia limpa.

É enorme o potencial do hidrogênio verde para descarbonizar as indústrias que são difíceis de reduzir suas emissões de gases de efeito estufa (GEE), como na navegação, aviação, aço, cimento e produção petroquímica. Na verdade, essas indústrias são responsáveis por cerca de 30% de todas as emissões de GEE.

Veja a seguir tudo o que você precisa saber sobre a tecnologia responsável pela revolução do hidrogênio verde.

A eletrólise fornecerá hidrogênio verde para esses setores

Transporte

O hidrogênio verde pode ser usado em veículos com células de combustível, fornecendo uma alternativa de emissão zero aos motores tradicionais de combustão interna. A amônia verde e o e-metanol [metanol produzido pelo uso da eletricidade], que são derivados do hidrogênio verde, estão sendo explorados atualmente como soluções-chave na descarbonização das indústrias de transporte em escala industrial global. Isso é particularmente relevante na indústria naval, na qual há projetos que devem ser testados e desenvolvidos já em 2024.

Indústria

O aço, o cimento e os produtos químicos fazem parte das indústrias cujos processos de produção apresentam os níveis mais altos de emissão e, infelizmente, essas são as indústrias que têm mais dificuldades em descarbonizar sua produção. Isso se deve em parte ao fato de que muitos dos processos de fabricação nessas indústrias exigem uma grande quantidade de energia para produzir o calor – de alta temperatura – usado no processo produtivo.

Felizmente, esses processos que fazem uso intensivo de energia podem usar o hidrogênio verde – nos processos químicos – como substituto do carvão e do gás natural, abrindo a possibilidade para fazer produtos como o “aço verde”, em que o hidrogênio verde é usado para gerar calor.

Armazenamento de energia

Os produtos químicos verdes também podem servir como meios de armazenamento de energia, permitindo que o excesso de energia renovável, oriundo das energias eólica e solar, seja armazenada e posteriormente convertida em eletricidade quando necessário. Isso ajuda a estabilizar a rede elétrica e apoiar a integração de fontes renováveis intermitentes.

Três tipos de eletrólise: o que você precisa saber

A eletrólise é obtida principalmente através de três tipos de tecnologias industriais: Célula de Eletrólise de Óxido Sólido (SOEC) de alta temperatura; Eletrólise Alcalina a baixa temperatura; e Membrana de Eletrólito Polimérico (PEM) a baixa temperatura. Com a eletrólise alcalina e a PEM, a água é fornecida como líquido, enquanto que a eletrólise SOEC usa vapor por conta de suas altas temperaturas.

Eletrólise PEM

A eletrólise PEM usa uma membrana de eletrólito de polímero sólido para separar os gases hidrogênio e oxigênio. Esta membrana permite uma alta condutividade de prótons, um processo chave na criação do hidrogênio verde, para impedir que a mistura de gases ocorra. Ela opera a temperaturas relativamente baixas, entre 50-80°C, e é conhecida por apresentar um tempo rápido de resposta.

Os sistemas de eletrólise PEM são compactos, modulares e adequados para fontes intermitentes de energia renovável, como a eólica e a solar. Eles podem ajustar rapidamente sua produção para corresponder às flutuações no fornecimento de energia.

Além disso, esses sistemas tendem a ser mais caros devido ao custo do material da membrana. O mercado de eletrólise PEM está bem estabelecido, particularmente em usos que exigem um hidrogênio de alta pureza, como no caso de veículos a célula de combustível para tubulações. Espera-se que o mercado cresça na medida em que a adoção de energia renovável se expanda.

Eletrólise SOEC

A eletrólise SOEC emprega um eletrólito cerâmico de óxido sólido que opera em alta temperatura, entre 675–825°C. Em tais temperaturas, fica mais fácil de conduzir a reação de eletrólise da água, o que, por sua vez, resulta em um menor consumo de energia por unidade de hidrogênio produzido.

A SOEC oferece maior eficiência do que a PEM e a eletrólise alcalina, e pode fazer uso de calor residual de processos industriais ou energia solar concentrada. Ela é adequada para a produção de hidrogênio em larga escala com usos que incluem aço, amônia e produção e refino de produtos químicos.

A Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) estima que os eletrolisadores SOEC são 10% a 26% mais eficientes (em kWh por kg de hidrogênio produzido) do que as tecnologias alcalina e PEM.

A eletrólise SOEC é uma tecnologia relativamente nova quando comparada com a PEM e com a alcalina em muitos usos. No entanto, ela é uma tecnologia promissora para usos industriais e de armazenamento de energia quando houver uma disponibilidade de fontes de calor de alta temperatura e altas emissões de resíduos de calor.

Eletrólise alcalina

Esta tecnologia usa uma solução alcalina de eletrólitos, geralmente hidróxido de potássio, para facilitar o processo de troca iônica que produz hidrogênio. Ela opera a temperaturas moderadas e tem sido utilizada há décadas em usos industriais.

Os eletrolisadores alcalinos são econômicos e têm uma longa história de uso comercial. Todavia, os sistemas de eletrólise alcalina são menos eficientes e mais lentos para responder às mudanças de carga em comparação com a eletrólise PEM.

A eletrólise alcalina permanece competitiva em certos setores industriais, mas pode enfrentar desafios em termos de eficiência e adaptabilidade à integração de energias renováveis.

A oportunidade da eletrólise

Uma economia de energia verde não será viabilizada por meio de uma única ideia ou tecnologia. No entanto, os eletrolisadores serão fundamentais para criar transições verdes para algumas das indústrias globais que fazem um uso mais intensivo de carbono.

O hidrogênio verde serve de ponte entre uma turbina eólica, ou um painel solar, para os combustíveis que usamos em nossas vidas diárias, seja em aviões, carros ou navios.

A economia emergente do hidrogênio verde apresenta perspectivas econômicas substanciais, fomenta a criação de empregos e impulsiona a inovação e o investimento em tecnologias sustentáveis e de energia limpa, além de reforçar a segurança energética.

A continuidade da pesquisa, da inovação e do investimento em eletrólise é essencial e uma grande oportunidade que trará benefícios para aqueles que agirem rápido e para o próprio planeta.

Artigo original (em inglês) publicado por Sundus Ramli no Fórum Econômico Mundial–WEF.

Sobre o autor
Sundus Ramli é Diretor Comercial da Power-to-X, Topsoe.

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