Tecnologia nova produz hidrogênio com a captura de carbono integrada

Um estudo recente liderado por pesquisadores da Universidade de Manchester, no Reino Unido, apresentou a primeira avaliação de toda uma planta industrial de reforma por looping químico, uma tecnologia nova que produz hidrogênio com a captura de carbono integrada.

O estudo, publicado na revista Carbon Capture Science & Technology e realizado com a colaboração de parceiros industriais, avalia como a reforma por looping químico poderia operar em ambientes industriais reais, desde pequenas instalações descentralizadas que atendem a caldeiras industriais até plantas grandes que abastecem refinarias e polos industriais.

Diferentemente dos métodos convencionais de produção de hidrogênio, a reforma por looping químico é um processo que concentra e separa inerentemente o dióxido de carbono (CO2) por meio de materiais sólidos transportadores de oxigênio, que o fazem circular por uma sequência de reações enquanto produzem o calor. Em seguida, esse calor impulsiona a transformação do metano e do vapor em uma mistura que contém hidrogênio, chamada gás de síntese.

O papel do hidrogênio na descarbonização industrial

Espera-se que o hidrogênio desempenhe um papel crucial na redução das emissões de setores cuja eletrificação é difícil, incluindo a indústria pesada e os setores químico e de refino. No entanto, produzir hidrogênio de baixo carbono de maneira eficiente e acessível continua sendo um processo desafiador. O hidrogênio azul, produzido a partir do gás natural com a captura do CO2 para impedir sua liberação, pode ajudar a superar a lacuna da transição energética ao aproveitar a infraestrutura de abastecimento existente e, ao mesmo tempo, oferecer uma alternativa mais ecológica para alcançar as metas de descarbonização.

Os pesquisadores utilizaram modelagens detalhadas de reatores, processos e instalações industriais para avaliar a reforma por looping químico em duas escalas representativas: uma planta de 2 MW, adequada para usos industriais descentralizados, e uma instalação de 600 MW, compatível com a demanda de hidrogênio de indústrias grandes. Operando continuamente, uma planta de 2 MW poderia atender às necessidades de eletricidade de cerca de 5.000 residências médias, enquanto que uma planta de 600 MW poderia abastecer aproximadamente 1,5 milhão de residências.

“O hidrogênio será essencial para alcançar emissões net zero em setores nos quais a eletrificação é difícil ou impraticável”, afirmou a Dra. Isabel Pazmino-Mayorga, autora principal do estudo e pesquisadora associada do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Manchester. “Nosso trabalho mostra que a reforma por looping químico tem potencial para produzir hidrogênio de baixo carbono de maneira eficiente, capturando a maior parte do carbono gerado durante o processo, seja para armazenamento ou como matéria-prima para outras indústrias”.

“É importante destacar que avaliamos a tecnologia em condições operacionais realistas e considerando as limitações dos equipamentos, o que ajuda a demonstrar onde ela poderia se encaixar nos sistemas energéticos futuros”.

Melhorando a eficiência

O estudo constatou que os projetos de processo mais avançados poderiam alcançar eficiências térmicas de até 75%, capturando entre 90% e 99% das emissões de CO2. Em vários cenários, o sistema também gerou um vapor excedente que poderia ser fornecido para uso externo, melhorando ainda mais o desempenho ambiental.

A equipe comparou a reforma por looping químico com tecnologias estabelecidas de produção de hidrogênio de baixo carbono, incluindo a reforma a vapor do metano com captura de carbono, a reforma autotérmica com captura de carbono e a produção de hidrogênio baseada em eletrolisadores.

Para a produção de hidrogênio em larga escala, os pesquisadores constataram que a reforma por looping químico poderia superar as tecnologias convencionais de reforma em indicadores importantes de eficiência do processo, mantendo taxas muito elevadas de captura de carbono. O sistema também demonstrou uma grande flexibilidade em escalas diferentes, desde os polos industriais regionais até usos menores e distribuídos.

Uma contribuição fundamental do trabalho é seu foco no uso prático. Estudos anteriores frequentemente examinaram projetos de processo idealizados, enquanto a equipe liderada pela Universidade de Manchester incorporou restrições de engenharia, incluindo a operação dos reatores, o desempenho das válvulas, os requisitos de integração térmica e as considerações de segurança.

“Ao longo do último ano, trabalhamos no desenvolvimento da tecnologia com empresas do setor para encontrar soluções economicamente viáveis”, disse Vincenzo Spallina, autor correspondente do estudo e professor de engenharia química da Universidade de Manchester. “E os resultados deste trabalho reforçam o papel do looping químico como uma solução válida para a geração de gás de síntese e hidrogênio, bem como para sua futura implantação”.

Os pesquisadores concluem que a melhor solução para a produção de hidrogênio dependerá dos sistemas energéticos locais, da infraestrutura e das condições políticas. No entanto, eles sugerem que a reforma por looping químico poderia se tornar uma opção atraente durante a transição para os sistemas de energia com menores emissões de carbono, particularmente em locais onde existam oportunidades de integração térmica industrial e que a disponibilidade de eletricidade de baixo carbono continue limitada.

Mais informações: Isabel Pazmino-Mayorga et al. Análise em múltiplas escalas da produção de hidrogênio por meio da reforma por looping químico: projeto de reatores e processos, avaliação do desempenho de toda a planta e comparação de desempenho. Carbon Capture Science & Technology (2026). DOI: 10.1016/j.ccst.2026.100655.

Fonte: Universidade de Manchester

Artigo original (em inglês) publicado por Isabel Mayorga na TechXplore.

SOBRE A AUTORA
Isabel Mayorga

Bacharel em Engenharia Química pela Escola Politécnica Nacional (Quito, Equador), mestre e doutora em Engenharia Química pela Universidade de Manchester (Reino Unido), onde também é pesquisadora de pós doutorado na produção de baixo teor de hidrogênio usando looping químico e reatores inovadores em diversos projetos financiados pelo Reino Unido e União Europeia.