Parece que quase todos os dias surge um novo artigo otimista exaltando o potencial do hidrogênio como combustível para combater as mudanças climáticas. O que se conhece como "hidrogênio verde" — que utiliza energia renovável para sua produção — é o que mais tem recebido atenção.
Em dezembro, a ABC News publicou um artigo com o título "Por que o hidrogênio verde é a fonte de energia renovável para ficar de olho em 2021 ". E, como relatado pela Bloomberg, a Airbus está investindo pesado no hidrogênio como combustível para seus aviões. Enquanto isso, a sul-coreana SK Global acaba de anunciar um investimento na Plug Power, produtora americana de células a combustível de hidrogênio.
Mas entre os que mais nutrem esperança no futuro da economia do hidrogênio estão a indústria de combustíveis fósseis e seus aliados. O Conselho do Hidrogênio — um importante grupo de lobby cujos membros incluem grandes empresas petrolíferas e automobilísticas — prevê que o hidrogênio representará 18% da demanda total de energia até 2050. E, como relatado recentemente pela DeSmog , uma grande empresa de relações públicas da indústria de combustíveis fósseis está por trás de uma forte campanha em prol do hidrogênio na Europa.
No entanto, atualmente a maior parte do hidrogênio é produzida a partir de combustíveis fósseis: nomeadamente, metano (gás natural) e carvão.
A análise mostra que o hidrogênio também é atualmente ineficiente e tem um custo proibitivo quando comparado à abordagem de descarbonização da economia conhecida como eletrificação de tudo , que envolveria a substituição da maior parte dos transportes e do aquecimento, passando da queima de combustíveis fósseis para a eletricidade produzida cada vez mais por fontes renováveis.
Toda essa empolgação em torno do hidrogênio levanta muitas questões. Então, desde "o que é energia de hidrogênio" até "podemos acreditar em toda essa propaganda?", o DeSmog analisa criticamente esse novo combustível em ascensão — e desmistifica alguns dos mitos que o cercam.
1/ Primeiro, essa diatribe promovida por este artigo no E&E News desta manhã. A resposta para a pergunta deles é Não. https://t.co/OsV5hbwzEQ
-Sean Casten (@SeanCasten) 6 de agosto de 2020
O que é energia de hidrogênio?
O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo e pode ser usado para armazenar e transportar energia — de forma semelhante a uma bateria — razão pela qual é atraente como forma de substituir a queima de combustíveis fósseis para transporte, aquecimento e geração de energia.
Existem diversas maneiras de produzir hidrogênio, mas quase toda a produção atual utiliza metano (gás natural) como matéria-prima, com energia não renovável alimentando essa produção. Esse processo é chamado de reforma a vapor e decompõe o metano em hidrogênio e dióxido de carbono. O resultado é o que se conhece como “hidrogênio cinza” ou, se a tecnologia for usada para capturar as emissões de dióxido de carbono liberadas durante a produção, passa a ser conhecido como “hidrogênio azul”.
A maioria dos projetos de hidrogênio atualmente promovidos por empresas e países dos setores de petróleo e gás , automotivo e de turbinas industriais — que acreditam que o hidrogênio deve ser implantado em larga escala para ajudar o mundo a descarbonizar — dependem principalmente do hidrogênio azul e cinza, derivados de combustíveis fósseis.
O hidrogênio também pode ser produzido a partir da água com energia renovável — isso é conhecido como “hidrogênio verde”.
O hidrogênio verde é produzido através do processo de eletrólise , que converte água em hidrogênio . Atualmente, ele representa menos de um por cento do hidrogênio consumido globalmente, o que significa que mais de 99% do consumo atual de hidrogênio — usado principalmente em processos industriais, incluindo o refino de petróleo — é derivado de combustíveis fósseis (hidrogênio azul e cinza).
As células de combustível de hidrogênio abastecidas com hidrogênio verde provavelmente serão parte integrante de uma economia totalmente descarbonizada . As células de combustível funcionam usando hidrogênio para produzir eletricidade, que pode então alimentar um motor em vez de usar a energia da bateria, como acontece com os veículos elétricos.
O hidrogênio verde pode armazenar energia sem a pegada climática dos combustíveis fósseis e representa uma possível solução para situações em que a eletrificação e as baterias não são viáveis, como no transporte de longa distância, na aviação e em algumas aplicações industriais, como a produção de aço.
A perspectiva do hidrogênio verde também rende ótimos textos publicitários e histórias inspiradoras sobre soluções de energia limpa. Empresas de energia como Shell, Equinor e RWE estão promovendo-o em seus sites corporativos e nas redes sociais. Mas seu uso provavelmente ainda está a décadas de distância de seu potencial para contribuir significativamente para a descarbonização da economia.
Dando o pontapé inicial na economia verde do #hidrogênio ⚡ A @Shell_Nederland e seus parceiros dão as boas-vindas à @Equinor e à @RWE_AG ao consórcio #NortH2.
Juntos podemos desenvolver o maior projeto de hidrogênio verde da Europa. Saiba mais: https://t.co/nNhcAaF7vy pic.twitter.com/18o0dnxEnC
— Shell (@Shell) 7 de dezembro de 2020
Mesmo com seus esforços para promover o hidrogênio verde, o próprio site da Shell descreve com precisão a situação atual do hidrogênio, afirmando: “Embora o hidrogênio verde seja a aspiração ideal para um futuro energético com baixas emissões de carbono, essa tecnologia ainda levará alguns anos para atingir um preço competitivo. Enquanto isso, o hidrogênio azul pode ajudar a criar a demanda e as redes de transporte para o hidrogênio, enquanto os custos do hidrogênio verde diminuem.”
Um artigo da Bloomberg de janeiro de 2021 sobre os esforços da Siemens para produzir hidrogênio verde usando energia eólica offshore observa que "qualquer implementação desse tipo em grande escala ainda está muito longe de ser concretizada".
A produção de grandes quantidades de hidrogênio verde também exige quantidades massivas de energia renovável. De acordo com o Comitê Independente de Mudanças Climáticas do governo do Reino Unido , por exemplo, o país precisaria de 30 vezes sua capacidade atual de energia eólica offshore para produzir hidrogênio verde suficiente para substituir todas as caldeiras a gás no Reino Unido.
A Grã-Bretanha precisaria de *trinta vezes* mais capacidade de energia eólica offshore do que hoje para produzir hidrogênio "verde" suficiente para substituir todas as caldeiras a gás.
Estatística impressionante do @ChiefExecCCC para explicar por que converter todo o aquecimento residencial para hidrogênio seria “impraticável” https://t.co/ LXE fsJCWNi
— Emily Gosden (@emilygosden) 7 de dezembro de 2020
Uma tábua de salvação para a indústria do gás.
A ideia de usar o gás natural como um "combustível de transição" até que, no futuro, a energia renovável seja economicamente viável é vista como um combustível excessivamente poluente , aumentando a pressão sobre a indústria . Agora, a Eurogas, associação europeia do setor de gás, começou a promover o hidrogênio azul — derivado do metano e que depende de uma tecnologia de captura de carbono cara e em grande parte ainda em desenvolvimento — como o novo combustível de transição.
A indústria do gás natural tem sido vítima do próprio sucesso, produzindo quantidades recordes de gás, mas perdendo enormes quantias de dinheiro no processo. O fraturamento hidráulico ajudou a liberar grandes quantidades de metano, e as empresas de petróleo e gás continuam descobrindo mais gás natural que precisam vender — porque sua sobrevivência depende da descoberta e venda de mais petróleo e gás. Mas a realidade é que grande parte desse gás natural permanecerá no subsolo como ativos obsoletos, porque não haverá compradores dispostos, a menos que a indústria consiga converter sua infraestrutura atual para usar hidrogênio derivado do metano, criando assim um novo mercado para o gás.
Exatamente. Embora o hidrogênio possa ter um papel limitado no futuro energético mundial, o atual impulso é impulsionado pela indústria de petróleo e gás como forma de justificar o desenvolvimento contínuo do gás natural. https://t.co/ JDA xbUTBPe
— Robert Howarth (@howarth_cornell) 13 de janeiro de 2021
Ao mesmo tempo em que a indústria do gás natural produz quantidades recordes de metano, enfrenta a concorrência de energias renováveis em seus dois maiores mercados : geração de energia e aquecimento de edifícios. Nos Estados Unidos, municípios começaram a proibir o uso de gás natural para aquecimento e cozinha em novas construções devido a preocupações climáticas, e no ano passado o gás natural foi ultrapassado por energias renováveis na construção de novas usinas de geração de energia.
Como explicou um artigo da revista Nature de agosto de 2020 : "...a indústria do gás está recorrendo ao hidrogênio em busca de uma nova oportunidade."
A visão que a indústria do gás está promovendo é a de que o hidrogênio como combustível substituirá o metano na geração de energia e no aquecimento residencial, apesar de uma série de barreiras técnicas e econômicas. Tudo isso com a promessa de que, um dia, o hidrogênio verde substituirá o hidrogênio azul em uma economia de baixo carbono.
Um dos principais atores na promoção de uma economia baseada no hidrogênio na Europa é o Reino Unido. No entanto, o Comitê de Mudanças Climáticas do Reino Unido estima que, até 2050, 80% do hidrogênio consumido no país será proveniente do hidrogênio azul, com apenas 20% destinado ao hidrogênio verde.
E em dezembro, o Canadá anunciou uma nova estratégia nacional para o hidrogênio. Ao noticiar o anúncio, a Reuters descreveu por que isso interessa à indústria canadense de petróleo e gás: “O chamado hidrogênio 'azul', derivado do gás natural, com as emissões de carbono resultantes capturadas e armazenadas, é uma alternativa potencialmente útil para empresas do setor petrolífero, que enfrenta dificuldades.”
A nova estratégia do Canadá para o hidrogênio – que se baseia fortemente no chamado hidrogênio “azul” – perpetua a narrativa falsa de que podemos manter uma indústria de combustíveis fósseis próspera enquanto reduzimos significativamente as emissões. #cndpoli https://t.co/ YP wmZvCuHC
— Julia Levin (@lev_jf) 4 de janeiro de 2021
Os EUA, por sua vez, não são líderes nos esforços para promover o hidrogênio. O Departamento de Energia, no entanto, divulgou um " Plano do Programa de Hidrogênio " em novembro, após a publicação do " Roteiro para uma Economia de Hidrogênio nos EUA ", elaborado e financiado por "uma coalizão de grandes empresas de petróleo e gás, energia, automotivas, de células de combustível e de hidrogênio".
A Green Tech Media noticiou que o "Roteiro para uma Economia de Hidrogênio nos EUA " foi descrito como "agnóstico" por Jack Brouwer, professor da Universidade da Califórnia em Irvine e diretor associado do Centro Nacional de Pesquisa de Células de Combustível, no que diz respeito à fonte de hidrogênio (metano ou água). O plano menciona o uso de hidrogênio derivado do metano em todo o documento e também promove a ideia de usar hidrogênio para "mistura na rede de gás" — onde seria queimado com uma mistura de metano.
A economia dispendiosa do hidrogênio
Em julho de 2020, a revista Power publicou um artigo escrito por um executivo da Siemens Energy intitulado "No alvorecer da economia do hidrogênio". Como afirma o artigo: "É evidente que a próxima transformação significativa na transição energética será baseada na economia do hidrogênio".
Essa ideia de que o mundo está prestes a migrar para uma economia de hidrogênio, no entanto, ignora o fato de que a eletricidade produzida por energia eólica e solar já está fazendo o que a economia de hidrogênio espera realizar um dia: fornecer produção de energia barata e aquecimento e resfriamento residencial.
Entretanto, os veículos elétricos a bateria são mais baratos e muito mais eficientes do que os veículos movidos a células de combustível de hidrogênio. Além disso, os veículos elétricos a bateria podem ser carregados usando a energia residencial existente, e a indústria de veículos elétricos a bateria tem uma enorme vantagem em infraestrutura de recarga em comparação com o hidrogênio — existem 46 postos de abastecimento de hidrogênio nos EUA , em comparação com aproximadamente 29,000 postos de recarga elétrica.
Isso aponta para um grande desafio enfrentado pelo hidrogênio verde: o custo. Atualmente, o hidrogênio verde tem um custo proibitivo , sendo a reforma a vapor do metano para produzir hidrogênio o método mais barato .
O principal custo para a produção de hidrogênio verde é o preço da eletricidade renovável — que alimenta o processo de eletrólise que cria o hidrogênio. Um novo estudo da consultoria do setor energético Wood Mackenzie prevê que “o hidrogênio verde poderá ser produzido em larga escala com sucesso e alcançar reduções de custo de produção de até 64% até 2040”, mas também prevê que o hidrogênio convencional continuará sendo o tipo mais barato nos EUA até 2040. Outros estudos afirmam que o hidrogênio verde poderá ser competitivo em termos de custo para substituir o diesel no transporte até 2030.
Como demonstrou o rápido declínio do carvão durante o governo Trump, a transição energética será impulsionada por fatores econômicos. Nos EUA, a indústria do carvão está em declínio porque é simplesmente mais cara do que as energias renováveis e o metano para geração de energia.
Para ser economicamente viável, o hidrogênio verde requer eletricidade renovável mais barata. No entanto, essa energia renovável mais barata também é uma solução melhor para grande parte do que a indústria do hidrogênio planeja realizar com o hidrogênio verde (geração de energia, aquecimento residencial, transporte individual). Assim, à medida que os fatores econômicos continuam a impulsionar a transição energética, o hidrogênio verde já se encontra em desvantagem para muitas das aplicações que seus defensores estão promovendo.
Os desafios técnicos
O hidrogênio não enfrenta apenas barreiras econômicas; também existem desafios técnicos.
A ABC News parafraseia a opinião de Julio Friedmann, pesquisador sênior do Centro de Política Energética Global ( CGEP ) da Universidade Columbia: “Uma das razões pelas quais há tanto interesse e entusiasmo em torno do hidrogênio verde é que a infraestrutura para ele já existe.” ( O CGEP é conhecido por promover argumentos da indústria de petróleo e gás e, após se recusar a divulgar seus financiadores por anos, revelou que é financiado por muitas das principais empresas do setor, incluindo Exxon, BP e Saudi Aramco.)
O argumento de Friedmann é que o hidrogênio pode simplesmente substituir o metano na infraestrutura de gás natural. Mas existem dois problemas com isso.
A primeira é que o hidrogênio torna os tubos de aço quebradiços. Como a DeSmog já observou , um artigo de 2018 publicado na revista Procedia Structural Integrity constatou que "usar dutos projetados para a condução de gás natural para transportar hidrogênio é uma escolha arriscada", pois isso "pode causar fadiga e danificar a estrutura".
A conversão da infraestrutura de gasodutos existente para o transporte e distribuição de hidrogênio em vez de metano acarretaria o risco de danificar os gasodutos, podendo causar vazamentos, falhas e explosões. Além disso, o hidrogênio apresenta um risco de explosão maior do que o metano.
O hidrogênio também é uma molécula muito menor que o metano, o que significa que é muito provável que vaze mais do que o metano, que já apresenta vazamentos significativos em gasodutos existentes. Um estudo sugere que o hidrogênio vazaria a uma taxa três vezes maior que o metano.
“ O hidrogênio vaza com muito mais facilidade. Nos dutos que transportam metano, a taxa de vazamento é de cerca de um por cento”, disse Mark Jacobson, professor de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Stanford, ao DeSmog. “A taxa de vazamento de hidrogênio nos mesmos dutos será muito maior, porque é uma molécula muito menor. Não entendo como eles conseguem usar esses dutos sem taxas de vazamento enormes.”
A queima de hidrogênio é ineficiente.
A ideia de usar a infraestrutura existente de gasodutos para hidrogênio baseia-se no objetivo de queimar esse hidrogênio para aquecer residências e gerar eletricidade.
Essa abordagem é uma parte importante do plano para a economia europeia do hidrogênio, e os atuais fabricantes de turbinas a gás estão trabalhando para projetar turbinas a gás compatíveis com hidrogênio , que também queimarão hidrogênio para gerar eletricidade.
Por exemplo, uma apresentação de slides produzida pela Siemens — membro de um consórcio que trabalha na produção de energia de hidrogênio — mostra hidrogênio verde sendo combinado com metano para produzir eletricidade e, em seguida, rotulando o produto final como “energia verde para a rede”.
Fonte: Siemens
Embora esse processo seja atraente para a indústria de gás existente, ele é ineficiente.
Jacobson, autor do livro "100% Energia Limpa e Renovável e Armazenamento para Tudo ", descartou os esforços atuais da indústria de petróleo e gás para vender hidrogênio como substituto de energia limpa para o gás metano. "Ninguém deveria usar hidrogênio em uma usina para gerar eletricidade", afirma Jacobson. "É ineficiente eletrolisar hidrogênio e depois queimá-lo."
O papel do hidrogênio verde em uma economia descarbonizada
Apesar dos esforços enganosos da indústria do gás para vender o hidrogênio azul e o hidrogênio cinza como solução climática, o hidrogênio verde pode desempenhar um papel importante em um futuro descarbonizado em determinadas situações.
“ Existe um ponto de inflexão em que o hidrogênio se torna mais eficiente do que os veículos elétricos a bateria. É um ponto de inflexão relacionado ao peso e à autonomia”, explicou Jacobson.
Atualmente, as células de combustível de hidrogênio são mais adequadas do que as baterias para viagens de longa distância e para o transporte de cargas pesadas , o que posiciona o hidrogênio verde como a provável solução climática para o transporte rodoviário, marítimo e aéreo de longa distância.
O hidrogênio verde também poderia substituir os combustíveis fósseis em aplicações industriais, como a produção de aço, embora a Agência Internacional de Energia tenha previsto recentemente que apenas 10% do aço será produzido com hidrogênio verde até 2050.
Além disso, o hidrogênio pode armazenar energia, utilizando o excesso de energia renovável para eletrólise, produzindo hidrogênio verde para uso posterior.
Soluções mais imediatas
O hidrogênio é atualmente uma distração, segundo alguns especialistas, em relação às tecnologias comprovadas que são mais baratas e escaláveis agora — não em 2040. A energia solar e eólica, juntamente com o armazenamento de energia, geram eletricidade limpa e barata que pode ser usada hoje para aquecimento, geração de energia e grande parte do transporte terrestre.
“ Essa é a ideia [com o hidrogênio], é de alguma forma desacelerar a eletrificação”, explicou David DiCarlo, professor associado do Departamento de Engenharia de Petróleo e Geossistemas da Universidade do Texas em Austin, ao DeSmog. “Tudo isso visa gerar um pouco de ruído por um tempo, e depois tudo se acalmará.”
Hidrogênio é uma distração | Notícias Ferroviárias #Ferrovia #Hidrogênio #Eletrificação #Descarbonização #EletrifiqueTudo #HidrogênioÉUmaDistração @Railway_News https://t.co/ChDj0eivwp
— Hydrogen Gazette (@ H2Gazette ) 18 de novembro de 2020
E quando se trata de aquecimento residencial, as bombas de calor movidas a eletricidade limpa são uma solução muito melhor do que a conversão para hidrogênio. A série da BNEF sobre hidrogênio observa que há uma "economia de energia de 80% ao usar uma bomba de calor" em comparação com o hidrogênio para aquecimento residencial, quando se consideram as "perdas por eletrólise, compressão e transporte do hidrogênio".
Os veículos elétricos movidos a bateria são uma solução muito melhor para o transporte de passageiros do que os veículos movidos a células de combustível de hidrogênio por diversos motivos, incluindo preço, desempenho e disponibilidade de opções de recarga. A ampla adoção de veículos elétricos a bateria em comparação com os veículos a hidrogênio comprova esse argumento.
Este gráfico impressionante mostra por que os veículos elétricos a bateria são os vencedores https://t.co/UfLlPsE6Az
— Kyle Field (@mrkylefield) 11 de junho de 2020
A eletrificação de tudo também elimina o risco de explosões fatais causadas pelo metano e pelo hidrogênio.
“ Quanto mais conseguirmos eletrificar, evitando a conversão de eletricidade em hidrogênio e depois de volta para eletricidade, melhor”, disse Jacobson.
A indústria dos combustíveis fósseis prejudicou significativamente o mercado de veículos elétricos ao inviabilizar os primeiros veículos elétricos viáveis . O hidrogênio azul é a tentativa da indústria de atrasar, da mesma forma, a eletrificação de tudo em décadas.
A indústria de petróleo e gás fará todo o possível para tornar o hidrogênio azul uma realidade. Mas, assim como o carvão e o gás natural, o hidrogênio tem pouco sentido econômico. Isso, claro, exceto para as aplicações limitadas onde a eletrificação não funciona — como na aviação.
O hidrogênio verde será economicamente competitivo com as aplicações de energia renovável em 2040? Talvez. Mas isso pode não ser rápido o suficiente para acompanhar o ritmo de descarbonização que os cientistas dizem ser necessário para evitar mudanças climáticas catastróficas.
O mundo já dispõe de uma solução acessível para descarbonizar rapidamente grande parte da economia: energia solar e eólica, além de armazenamento em baterias, que continuam a crescer em larga escala globalmente. Enquanto isso, a indústria de petróleo e gás tenta mais uma vez interromper esse processo, desta vez com hidrogênio derivado do metano.
