O que é hidrogênio verde e qual sua importância?

Hidrogênio verde é um combustível sustentável que gera energia de baixo carbono

O hidrogênio verde, ou H2V, é aquele produzido por meio da eletrólise da água, onde é utilizada energia elétrica de fontes renováveis. Ele pode ser usado como combustível em motores ou gerar eletricidade em células a combustível.

O H2V é uma fonte de energia limpa, pois não emite gases poluentes, como o CO2. Além disso, a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) presume que seu uso aumente cada vez mais.

O que é hidrogênio?

O hidrogênio é o elemento químico mais abundante do universo, com menor massa atômica (1 u) e menor número atômico (Z=1) entre todos os elementos conhecidos. Apesar de estar posicionado no primeiro período da família IA (metais alcalinos) da Tabela Periódica, o hidrogênio não faz parte dela, pois apresenta características físicas e químicas únicas que o diferenciam destes outros elementos.

Como o hidrogênio verde é produzido?

Embora esteja presente em diversos locais, não é comum obter hidrogênio (H2) diretamente na natureza. Assim, é necessário algum tipo de processamento, o que o caracteriza como uma fonte secundária de energia.

O H2 pode ser obtido de várias formas. Cada uma produz um hidrogênio classificado com uma cor diferente.

O H2V é produzido a partir da eletrólise da água. Esse processo utiliza eletricidade para separar a água (H2O) em moléculas de hidrogênio e de oxigênio. Isso é feito colocando-se dois eletrodos na água e aplicando uma corrente elétrica proveniente de fontes de energia renováveis, como energia hidráulica, solar e eólica.

Sendo assim, a eletrólise da água é considerada um método mais viável ambientalmente para produção de hidrogênio. Porém, produzir hidrogênio verde ainda é caro, mesmo com avanços em pesquisas para reduzir custos. O hidrogênio produzido a partir da eletrólise representa apenas 0,1% do total, mas esse cenário tende a melhorar futuramente.

Como o hidrogênio verde pode ser usado?

Motores a combustão de hidrogênio

Ao passar pelo processo de combustão, o hidrogênio libera apenas água e energia térmica. Por isso ele é considerado uma fonte de energia limpa. No entanto, os motores de combustão tradicionais precisarão de adaptações ao uso de hidrogênio, o que pode ser custoso. Vale destacar que o H2 é altamente inflamável, exigindo cuidados adicionais de segurança no seu manuseio e armazenamento.

Por outro lado, usar hidrogênio verde reduz muito o impacto ambiental da queima de combustíveis fósseis. Outra vantagem dele está em sua alta taxa de combustão, o que gera mais energia com maior eficiência. Além disso, com os avanços tecnológicos, é possível que as desvantagens citadas sejam superadas, e sua viabilidade aumente para o consumidor final.

Células a combustível

Uma outra maneira ainda mais promissora para a utilização de H2 é por meio de células a combustível, ou células de hidrogênio.

Esses equipamentos produzem energia elétrica e vapor de água, combinando o oxigênio do ar com o hidrogênio armazenado. Assim, a geração de energia por meio desses dispositivos não emite gás carbônico (CO2) na atmosfera, tornando esse processo limpo.

A construção de células a combustível ainda é cara, mas está em constante aprimoramento. Conforme o hidrogênio for ficando mais barato e acessível, a aplicação desta tecnologia tende a crescer no mesmo ritmo.

A principal vantagem das células a combustível está na capacidade de armazenar o hidrogênio e facilitar seu transporte pelo consumidor final. Em outras palavras, elas funcionam como uma espécie de “bateria” recarregável, onde ocorre o reabastecimento de hidrogênio para manter a reação eletroquímica que produz eletricidade.

As energias renováveis são conhecidas como intermitentes, ou seja, nem sempre são encontradas em abundância. Por exemplo, em dias nublados, o potencial de produção de energia solar é baixo. São nesses cenários que o hidrogênio armazenado em células de combustível pode servir como solução para que os sistemas energéticos continuem funcionando.

Como tornar o hidrogênio verde mais barato?

O processo de produção de hidrogênio verde a partir da eletrólise da água ainda é muito caro e requer altos investimentos. Nesse cenário, especialistas estão desenvolvendo alternativas para melhorar esse método produtivo.

Em um desses esforços, pesquisadores criaram eletrodos capazes de dividir as moléculas de água sob a luz direta do Sol, aproveitando ainda mais a energia emitida por este astro. A utilização de catalisadores de níquel mais baratos e acessíveis também é uma inovação tecnológica promissora para tornar o processo de eletrólise mais barato e competitivo.

Um estudo mostrou que produzir hidrogênio verde em grande quantidade pode reduzir custos e tornar o preço mais atrativo para o consumidor final.

Medidas como essas para tornar o hidrogênio verde mais viável se tornam cada vez mais comuns, e as energias verdes tendem a ser ainda mais importantes em nossa matriz energética. 

Como o hidrogênio verde auxilia na descarbonização do planeta?

De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), a produção de hidrogênio ocorre quase inteiramente a partir de combustíveis fósseis. Assim, ela gera a emissão de aproximadamente 830 milhões de toneladas de gás carbônico por ano na atmosfera. Isso é equivalente à soma das emissões produzidas pelo Reino Unido e pela Indonésia.

Portanto, somente uma produção realizada a partir de fontes renováveis, juntamente com uma estrutura regulatória adequada, poderá redefinir a pegada de carbono do hidrogênio e reduzir o efeito estufa.

Segundo estimativas da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o setor de transportes brasileiro será responsável por 32% do consumo final de energia no Brasil, entre 2021 e 2031. Em um cenário onde os motores de combustão sejam trocados por células de hidrogênio, é possível reduzir parte considerável das emissões de CO2 na atmosfera.

Além disso, a IEA sugere um caminho de produção sustentável para os setores de energia ao redor do mundo. Chamado de Net Zero by 2050, ele demonstra que o hidrogênio de baixo carbono terá um papel muito importante para alcançarmos emissões líquidas zero de CO2 até 2050.

Extração e produção de materiais “verdes”

A utilização de H2V como fonte de energia em indústrias como de mineração, siderúrgica, de fertilizantes, petroquímicas e metalúrgicas pode contribuir para a produção de materiais descarbonizados.

Por exemplo, segundo o Instituto Brasileiro de Mineração (Ibram), em 2021 o minério de ferro foi o mais exportado pelo setor mineral brasileiro. Sendo assim, ao extrair ferro utilizando o hidrogênio verde como fonte energética na mineração, tanto ele quanto seus derivados, como o aço, podem ser considerados materiais de baixo carbono. O mesmo pode valer para o cobre, alumínio, estanho, níquel, entre outros.

De modo geral, todos os processos produtivos requerem energia em alguma etapa, e o hidrogênio verde tem o potencial de torná-los produtos “verdes”.

Qual o futuro para o hidrogênio verde?

O hidrogênio verde vem despertando grande interesse como uma fonte de energia limpa. Ele tem sido o foco de diversos estudos e projetos voltados à transição energética, e a busca por diferentes tipos de energia de baixo carbono reforça a cada dia seu potencial de substituir outros combustíveis, como o gás natural.

Países ricos e grandes emissores de CO2, como Estados Unidos e China, investem mais a cada ano em energia limpa. Isso demonstra que os impactos da produção de energia ao meio ambiente estão sendo tratados como um problema sério, mesmo que essa evolução se dê a passos curtos.

Mesmo que haja a Captura e Armazenamento de Carbono produzido na queima de combustíveis fósseis, ou o aproveitamento de fontes renováveis de energia como a solar, eólica, hidráulica, até mesmo energia da biomassa como cana de açúcar, as mudanças climáticas tendem a exigir soluções cada vez mais limpas, e o hidrogênio verde terá um papel essencial para o alcance de um futuro sustentável.