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O hidrogênio verde está nas manchetes e emergindo como a mais recente tendência importante na revolução energética, mas sabemos o que é, para que é usado e como é produzido?

 

 

Estamos enfrentando um verdadeiro desafio tecnológico para conter o impacto da atividade humana no planeta. Nosso vertiginoso desenvolvimento econômico e social — por meio de revoluções industriais — tem sido acompanhado por um aumento perigoso de nossa pegada de carbono, colocando em risco o equilíbrio climático e, portanto, os ecossistemas e a vida em nosso planeta. Uma realidade da qual, felizmente, estamos cada vez mais conscientes a cada dia — talvez não o suficiente — e que, como sociedade, queremos conter por meio de diferentes soluções que nos permitam parar de poluir e danificar nosso planeta, garantindo, ao mesmo tempo, uma melhoria na qualidade de vida de todas as pessoas. Assim, nas últimas décadas, o investimento em inovação e tecnologia nos permitiu desenvolver diferentes soluções para gerar energia verde, reduzir a poluição e eliminar e/ou substituir as emissões de componentes nocivos na atmosfera por outros mais inofensivos. Em suma, os seres humanos estão tentando, embora ainda não com o consenso global necessário, conter um problema muito importante tanto para a própria humanidade quanto para o planeta. Com isso, nos últimos dez anos, temos vivenciado mudanças revolucionárias em setores como o transporte, nos quais dois protagonistas (re)nasceram: o veículo elétrico (lembre-se que os primeiros veículos tinham motores elétricos e não motores a combustão) e o veículo a hidrogênio. É justamente neste último ponto que queremos nos concentrar. E a questão é: sabemos o que é hidrogênio ou, ainda mais complexo, hidrogênio verde e como ele pode mudar o setor de transporte ou pelo menos uma parte fundamental dele? Vamos lá.

Como explicamos, cada atividade deixa uma marca; algo evidente em nosso modelo de mobilidade atual baseado na combustão de combustíveis fósseis. Seja diesel, gasolina ou querosene (usado principalmente na aviação), os motores de combustão de origem fóssil obtêm energia mecânica por meio da energia química de um combustível queimando em uma câmara de combustão. Isso significa que enormes quantidades de gases e partículas poluentes, como óxidos nitrosos, monóxidos de carbono, dióxido de carbono, bem como outros compostos orgânicos voláteis e material particulado de vários tipos, acabam entrando em nossa atmosfera, causando danos mais do que evidentes à nossa saúde e ao meio ambiente. Por essa razão, há anos se busca alternativas a esses combustíveis fósseis para uso em nossos veículos. Uma busca que, nas últimas décadas, nos permitiu classificar essas tecnologias alternativas em dois grandes grupos, com diferenças significativas dependendo das tendências do setor que podemos observar hoje, e que não podem ser analisadas no mesmo nível, mas sim de acordo com suas particularidades e possíveis usos em um cenário próximo. Assim, procedemos à distinção entre estas duas tecnologias coexistentes:

 

• Motores elétricos: Seu funcionamento se baseia em um ou mais motores elétricos que, alimentados por baterias, geram resistência e convertem a energia cinética (movimento) em corrente alternada, que passa novamente pelo conversor para se tornar corrente contínua e, por sua vez, é armazenada novamente na bateria para ser reutilizada. Parece que esta solução é a que está se consolidando como a alternativa aos motores de combustão para automóveis de passeio e deslocamentos diários; embora ainda seja cedo para saber qual será sua representatividade no mercado de veículos. O que está claro é que é uma solução fundamental para a descarbonização do transporte se for apoiada pelo uso de energias renováveis.

 

• Motor de combustão a hidrogênio: funciona com uma célula de combustível, que encontramos na parte frontal do veículo, e que, por meio de uma reação química com o oxigênio obtido de fora do veículo, produz eletricidade para mover o carro. O excedente produzido por esse processo é apenas vapor d’água. Outra questão é como esse hidrogênio é produzido e quanto poluímos nesse processo de produção, daí a importância do tipo de hidrogênio utilizado. Essa solução parece ideal para aqueles métodos de transporte que exigem alta autonomia e potência, bem como em processos industriais com uso intensivo de gás. É aqui que entra novamente o famoso hidrogênio verde; agora veremos o porquê.

 

Hidrogênio verde, e outros tipos de hidrogênio para completar um arco-íris 

Como dissemos, a produção e/ou obtenção de hidrogênio é tão importante neste processo que determina totalmente a pegada de carbono que geramos com o uso de cada tecnologia. Primeiramente, é preciso explicar que o hidrogênio não é um composto que pode ser capturado livremente em nosso ambiente natural, ele está presente, mas não na quantidade ou forma necessária para sua captura, mas sim é o que em química se chama de “vetor energético”, sendo também leve e facilmente armazenável. Isso significa basicamente que sua produção requer um processo sujeito ao uso de energia; ou seja, dependendo da fonte de energia que utilizamos, o hidrogênio pode gerar uma pegada de carbono de diferentes tipos. Bem, quanto mais ecológico for o processo de produção de hidrogênio, mais ecológico será o próprio hidrogênio.

Talvez, sabendo disso, o mais importante seja conhecer as diferenças entre os diferentes tipos de hidrogênio que existem, dependendo da maneira como ele é produzido. Assim, podemos falar, como se fosse um cinturão de artes marciais, de oito classificações de cores, apesar de o próprio hidrogênio não ter cor como tal, com as seguintes diferenças:

 

Hidrogênio preto/marrom

É aquele produzido como resultado da gaseificação do carbono através da queima de diferentes minerais de carbono, como carvão betuminoso (preto), ou carvão duro e linhito (marrom). Como é baseado em combustão pura, várias emissões poluentes, incluindo dióxido de carbono, são liberadas na atmosfera como parte do processo químico. É por isso que é considerado o tipo de hidrogênio mais prejudicial ao meio ambiente.

Hidrogênio cinza

Esta é a cor de hidrogênio mais comum e fácil de produzir (portanto, a mais barata), embora também seja uma das que libera a maior quantidade de dióxido de carbono na atmosfera. O hidrogênio cinza é produzido através do que é conhecido como reforma a vapor (SMR) de combustíveis fósseis, especialmente gás natural.

Hidrogênio amarelo

O hidrogênio amarelo é o hidrogênio no qual a eletricidade usada para eletrólise vem de uma variedade de fontes de geração, incluindo aquelas baseadas em energia renovável e aquelas que usam combustíveis fósseis. A peculiaridade é que o hidrogênio amarelo também se refere ao hidrogênio produzido usando energia solar, embora este seja classificado como um todo dentro do verde; Na verdade, poderíamos argumentar que se trata de um tom de hidrogênio verde.

Hidrogênio azul

Hidrogênio Turquesa

Ele é obtido por meio de um método revolucionário, divulgado pela empresa industrial japonesa Ebara, que permite a extração do metano contido no gás natural e no biogás por meio da pirólise do metano. Como resultado, o carbono produzido no processo acaba em estado sólido e não é liberado na atmosfera, tornando desnecessária sua recaptura e armazenamento, podendo ser utilizado na fabricação de uma série de outros produtos úteis à base de carbono, como fertilizantes.

Apesar de tudo, este processo ainda está em fase de desenvolvimento; portanto, não pode ser avaliado ou produzido no mesmo nível que as outras cores de hidrogênio.

Hidrogênio Rosa

Este é um tipo de hidrogênio que surge por meio da eletrólise da água, quebrando a molécula de água para obter hidrogênio e oxigênio, com uma grande peculiaridade: a energia elétrica utilizada no processo é nuclear. É um hidrogênio quase sustentável, visto que sua pegada ambiental está relacionada apenas à própria energia nuclear.

Hidrogênio verde

Esse tipo de hidrogênio é o nosso grande protagonista hoje. Ele é produzido pelo método de eletrólise, quebrando a molécula de água para obter hidrogênio e oxigênio com uma peculiaridade: utiliza apenas corrente elétrica de fontes renováveis. Ou seja, o hidrogênio verde é o único obtido com energia 100% limpa, como fotovoltaica (amarela), eólica ou hidrelétrica, e não produz nenhuma emissão direta de dióxido de carbono em nossa atmosfera.

Hidrogênio branco

Quando falamos em hidrogênio branco, estamos falando daquele que é encontrado naturalmente livre, normalmente na forma gasosa na atmosfera e, às vezes, em depósitos subterrâneos. O grande problema é que esse tipo de hidrogênio não possui uma estratégia tecnológica que nos permita utilizá-lo em larga escala, sendo, portanto, inútil para o nosso propósito.

Como o hidrogênio verde é produzido?

Como vimos, há uma infinidade de processos que resultam em hidrogênio, embora nem todos possam ser considerados sustentáveis ​​como tal. É por isso que, para esclarecer como o H2 é produzido, vamos nos concentrar em tentar desvendar como o principal protagonista deste artigo é fabricado: o hidrogênio verde.

Vejamos, o hidrogênio ainda é um elemento químico da tabela periódica – especificamente o primeiro da lista – que, neste caso, é obtido através da separação das moléculas que formam a água (H2O) por meio de um processo de dissociação dessas moléculas pela contribuição da eletricidade.

Este processo, chamado eletrólise, permite a separação das moléculas de hidrogênio das moléculas de oxigênio e, no caso do hidrogênio verde, é feito graças à energia elétrica gerada por qualquer fonte de energia renovável (principalmente eólica e/ou fotovoltaica).

 

Desta forma, a corrente elétrica é aplicada continuamente dentro do referido eletrolisador, processo para o qual devemos previamente converter a referida corrente alternada em corrente contínua graças à eletrônica de potência e a dispositivos chamados retificadores. Para que esses retificadores operem nos níveis adequados de corrente alternada e tensão provenientes da rede, eles devem ser protegidos contra possíveis alterações; portanto, utilizamos centros de transformação, equipados com células de proteção de rede, bem como transformadores para ajustar os níveis. Algo que os torna elementos-chave para uma operação correta e que requer um alto nível tecnológico e inovador. No entanto, esse processo apresenta dois dilemas:

1. No caso de o processo de eletrólise ser realizado por conexão à rede de distribuição elétrica, o acoplamento será realizado por meio de centros de conexão e seccionamento às redes públicas de distribuição.
2. No caso de o processo de eletrólise partir das redes de transmissão elétrica, necessitamos de subestações elétricas; uma vez que devemos transformar a eletricidade de alta para média tensão;
   1. No caso de o processo de eletrólise ser realizado por meio de centros de conexão e seccionamento às redes públicas de distribuição.
   2. No caso de o processo de eletrólise partir das redes de transmissão elétrica, necessitamos de subestações elétricas; uma vez que devemos transformar a eletricidade de alta para média tensão;
   3. No caso de o processo de eletrólise ser realizado por meio de centros de conexão e seccionamento às redes públicas de distribuição.
   4. No caso de o processo de eletrólise ser realizado a partir das redes de transmissão elétrica, necessitamos de subestações elétricas; … garantindo a segurança do processo em todos os momentos e seu correto funcionamento.

   De qualquer forma, o esquema básico seria o de uma quantidade X de água armazenada e/ou transportada para uma usina de geração de hidrogênio que passa por um eletrolisador para ser submetida a um processo de separação molecular, utilizando energia elétrica de origem renovável, que decompõe sua composição molecular inicial. É após essa separação que o oxigênio é armazenado para uso industrial ou médico e/ou expelido da equação pela atmosfera, enquanto o hidrogênio é enviado para tanques de armazenamento, onde é mantido como gás comprimido, ou liquefeito para uso em indústrias ou células de combustível de hidrogênio.

   Essa é a jornada que permite que uma simples gota d’água seja convertida, graças às energias renováveis ​​e à infraestrutura elétrica, em um combustível verde com zero emissões. É por isso que o desenvolvimento dessa indústria é tão importante.