Hidrogênio turquesa: o que é, vantagens e impactos

Hidrogênio turquesa é uma fonte limpa de energia, mas seu ciclo de vida pode gerar impactos ambientais

O que é hidrogênio turquesa?

Hidrogênio turquesa é um termo referente ao hidrogênio (H2) produzido por pirólise do gás natural, sem que haja emissão direta de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Para tal, é preciso que a energia utilizada no processo se origine de fontes renováveis, e os resíduos gerados sejam gerenciados com responsabilidade.

O hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo, está localizado na família IA da tabela periódica, mas possui propriedades que o distingue dos demais elementos e não é considerado um metal alcalino. Ele pode ser produzido por diferentes métodos, cada um gerando uma “cor do hidrogênio” diferente.

Como o hidrogênio turquesa é produzido?

A produção de hidrogênio turquesa ocorre por meio da quebra da molécula de metano em um processo chamado pirólise. Na pirólise, o gás natural passa por uma reação endotérmica, requerendo calor para converter o metano em hidrogênio e carbono sólido.

Para fornecer esse calor, é essencial utilizar fontes limpas de energia, como solar e eólica, garantindo que o hidrogênio seja classificado como turquesa, indicando a ausência de emissões de CO2 durante a produção (1).

Como ocorre a pirólise na produção de hidrogênio turquesa?

A pirólise do gás natural ocorre em altas temperaturas, geralmente acima de 800ºC, e utiliza catalisadores apropriados. O processo resulta na formação de hidrogênio gasoso e carbono sólido, que pode ter diversas aplicações industriais.

Existem diferentes categorias de pirólise, incluindo térmica, catalítica e com plasma. Cada uma apresenta características específicas, como a pirólise catalítica utilizando metais como níquel, ferro e cobalto, e a pirólise por plasma, que opera em temperaturas acima de 2000ºC. A escolha da tecnologia depende de fatores como eficiência energética, custos e impactos ambientais (2).

O que é o negro de fumo produzido na pirólise?

O carbono sólido produzido na pirólise do gás natural é em grande parte classificado como negro de fumo, também conhecido como carbono negro. Este tipo de material carbonoso, diferentemente do grafite, não possui uma estrutura molecular organizada (3), ou seja, a forma como os átomos de carbono formam o negro de fumo é aleatória (estrutura amorfa).

Este produto é utilizado há muito tempo na indústria de polímeros, especialmente na fabricação de pneus e outros produtos de borracha (4). Isso se dá pois o negro de fumo possui propriedades únicas, sendo utilizado para reforçar compostos de borracha, melhorar a condutividade elétrica em plásticos e borrachas condutivas, proporcionar cor, opacidade e resistências aos raios UV em tintas e, inclusive, como componente de baterias, adesivos, compostos de vedação, entre outros produtos (2).

Quais são as vantagens do hidrogênio turquesa?

Uma das principais vantagens do hidrogênio turquesa está na pirólise, um processo que não emite CO2 diretamente na atmosfera. Este é um gás de efeito estufa, que contribui para o agravamento do aquecimento global e, consequentemente, das mudanças climáticas.

O hidrogênio cinza, produzido através de um processo chamado Reforma a Vapor do Metano (SMR em inglês), também possui como matéria-prima o gás natural. Porém, diferente do hidrogênio turquesa, esse gera CO2 que, posteriormente, é liberado no ar. Uma alternativa ao hidrogênio cinza é o chamado hidrogênio azul, que é fabricado pelo mesmo processo, mas que contém em sua cadeia de produção a Captura, Utilização ou Armazenamento do Carbono (CCUS em inglês) gerado.

Apesar disso, segundo a nota técnica sobre o hidrogênio turquesa, da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), este ainda leva vantagem frente à variante azul, pois a pirólise não demanda as altas pressões mecânicas usadas no SMR, o que gera menos custos energéticos.

Outra vantagem diz respeito à possibilidade de aplicação do carbono sólido gerado na pirólise do metano. Após sua coleta, o carbono pode ser destinado para utilização em diversas indústrias (5), incluindo a produção de grafeno (6). Entretanto, as vantagens do ponto de vista ambiental dependem de como o ciclo de vida do carbono gerado na pirólise se dará no final da cadeia.

Quais são as desvantagens do hidrogênio turquesa?

Apesar dos aspectos positivos em relação à não emissão de CO2 na atmosfera, a pirólise para a produção de hidrogênio turquesa depende da receita gerada pela venda do subproduto carbonoso. Segundo a EPE, para cada 1 tonelada de H2 produzido, são geradas 3 toneladas de negro de fumo. Neste sentido, é preciso que o mercado de negro de fumo esteja aquecido para que os lucros tornem viável a produção deste tipo de hidrogênio.

A viabilidade econômica do hidrogênio turquesa está fortemente ligada ao desenvolvimento da indústria de borracha, principalmente na produção de pneus. Em um cenário onde esse mercado cresça e demande mais negro de fumo, a venda desse subproduto da pirólise poderia reduzir os custos associados ao hidrogênio turquesa. Entretanto, outra desvantagem se destaca: os impactos ambientais da produção e descarte desenfreados.

Embora o processo de produção de hidrogênio turquesa não emita CO2 diretamente, o ciclo de vida do negro de fumo formado no processo pode resultar em emissões consideráveis. Especial atenção é dada ao descarte inadequado de pneus, que pode causar prejuízos ao meio ambiente (7).

O pneu, quando disposto em aterros sanitários, leva séculos para se degradar e pode contaminar o solo e corpos hídricos, impactando fauna e flora locais. Além disso, caso seja queimado, libera gases tóxicos que poluem o ar, afetam a saúde humana e contribuem para o aquecimento global (8).

Vale destacar que o gás natural é uma fonte de energia não renovável, ou seja, o hidrogênio turquesa, além de não ser sustentável a longo prazo, ainda colabora com a manutenção da exploração do gás fóssil e as externalidades associadas a essa prática (9).

Hidrogênio turquesa e transição energética

Apesar das desvantagens em relação à produção do hidrogênio turquesa, este se mostra uma opção interessante, a curto e médio prazo, para auxiliar na transição energética. Não emitir CO2 na atmosfera está no centro das discussões sobre o futuro da produção e fornecimento de energia no mundo. Neste sentido, o hidrogênio turquesa pode ser uma alternativa ao hidrogênio cinza e azul, que juntos integram a maior parte da produção de hidrogênio e geram CO2 (10).

O hidrogênio rosa é uma rota tecnológica que pode contribuir, junto com o turquesa, com o avanço da descarbonização dos sistemas de energia. Ele é produzido por eletrólise da água, um processo limpo mas movido por energia nuclear, uma fonte não renovável e que gera debates sobre segurança.

Para que o carbono seja minimizado ao máximo das cadeias de produção de energia no mundo, é preciso que todo o sistema seja de baixo carbono. Neste sentido, o hidrogênio verde é uma rota promissora, pois é produzido através da eletrólise da água abastecida por fontes de energia solar, eólica ou hidrelétrica.