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A aposta do hidrogénio verde
O hidrogénio verde tornou-se um objectivo do ponto de vista da energia limpa. Mas há desafios para o seu uso e pode não ser a melhor resposta para todas as necessidades da sociedade.
O hidrogénio (H) verde tem sido muito referido como uma prometedora fonte de energia limpa tanto para gerar calor, como para produzir electricidade. Com a guerra na Ucrânia e a necessidade de a Europa se tornar independente a nível energético, a aposta no hidrogénio verde aumentou. Mas transformar essa vontade em realidade implica superar alguns desafios devido às características daquele átomo.
O hidrogénio é o mais pequeno e simples átomo do universo e é também o mais comum. Na sua forma mais generalizada é constituído apenas por um protão e um electrão.
Quando dois átomos de hidrogénio se juntam, forma-se uma molécula de hidrogénio que é o que compõe o gás de hidrogénio. Ao ser queimado, este gás gera muita energia, o que o torna potencialmente um bom combustível.
Mas, apesar de o átomo de hidrogénio ser muito comum na Terra, ele raramente se encontra na forma molecular que constitui o gás. Em vez disso, ele está normalmente ligado a outros átomos, formando moléculas como a água (H2O), onde se junta com um átomo de oxigénio, o metano (CH4) e outros hidrocarbonetos, onde se junta com átomos de carbono
Por ser tão abundante, a água é uma fonte quase inesgotável de hidrogénio verde. No entanto, tanto para esta molécula como para os hidrocarbonetos, põe-se o primeiro desafio de tornar o hidrogénio uma fonte de energia: para o obter é necessário retirá-lo das moléculas que constitui.
Como podemos separar o hidrogénio?
Há vários métodos de obter o hidrogénio, mas eles dependem da molécula que é a matéria-prima inicial e, claro, exigem sempre uma fonte de energia.
“A forma mais comum de se produzir hidrogénio é a reformação do gás natural [como o metano]. Essa forma causa emissões de dióxido de carbono. Estamos a retirá-lo de hidrocarbonetos fósseis”, explica-nos Patrícia Fortes, engenheira do ambiente e investigadora na área da transição energética da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. A reformação também pode ser aplicada ao carvão.
Escolha da matéria-prima
Exemplo com uma molécula de metano
Separação
Aplica-se vapor de água a altas temperaturas para promover, no fim, a separação química do metano em hidrogénio molecular e dióxido de carbono (CO2), que é um resíduo final do processo
Armazenamento
Armazena-se o elemento que nos interessa
Escolha da matéria-prima
Exemplo com uma molécula de metano
Separação
Aplica-se vapor de água a altas temperaturas para promover, no fim, a separação química do metano em hidrogénio molecular e dióxido de carbono (CO2), que é um resíduo final do processo
Armazenamento
Armazena-se o elemento que nos interessa
Para a obtenção de hidrogénio verde, recorre-se à molécula da água. Para isso, usa-se uma corrente eléctrica que separa o hidrogénio do oxigénio. A este processo chama-se electrólise. Sendo a água um elemento que existe em abundância no nosso planeta, obtê-la é muito mais simples do que a exploração de gás natural.
Além disso, se a energia usada para produzir a corrente eléctrica for de uma fonte renovável, como o sol ou o vento, então a produção do hidrogénio é limpa — ou seja, não há emissões de CO2, o principal gás com efeito de estufa responsável pelas alterações climáticas.
Electrólise
Há várias técnicas de electrólise para a produção de hidrogénio, algumas muito aplicadas e outras em desenvolvimento. A mais clássica – chamada electrólise alcalina e cujo princípio se descreve aqui – funciona num recipiente com água, onde se acrescenta um sal como o hidróxido de potássio, uma membrana para separar o recipiente e dois eléctrodos. Um dos eléctrodos é o ânodo, que atrai iões negativos, e o outro é o cátodo, que atrai iões positivos.
Cada eléctrodo é colocado num dos lados do recipiente. Accionados, os eléctrodos geram uma corrente eléctrica graças à presença do sal na água. Depois, no ânodo dá-se uma reacção química em que se produz oxigénio em forma de gás. No cátodo a reacção química produz hidrogénio em forma de gás. A membrana impede os dois gases recém-formados de se misturarem.
A nível industrial, o método é sofisticado e o hidrogénio é aproveitado e armazenado.
Tipos de hidrogénio
As cores associadas a tipos diferentes de hidrogénio sinalizam a sua origem, a energia usada para ser produzido e se provoca poluição, como a emissão de CO2
Carregue nas cores
Utiliza a água para produzir hidrogénio através da electrólise. A energia é proveniente de uma fonte renovável como a solar ou a eólica. O subproduto é o oxigénio, que não é poluente
Usa um processo chamado pirólise onde ocorre a decomposição térmica do metano. Desta decomposição do metano produz-se o hidrogénio necessário e carbono em forma sólida que pode ser armazenada. A vantagem é que desta forma não há emissões de dióxido de carbono para a atmosfera e este poderá ter depois outras aplicações como por exemplo, ser utilizado para produzir pneus, tintas, aço ou lápis grafite
A fonte são os combustíveis de origem fóssil. Embora o processo de obtenção do hidrogénio produza CO2, este não vai para a atmosfera porque é capturado e colocado em espaços subterrâneos onde fica armazenado. Deste modo, o processo é considerado neutro
Neste caso, recorre-se à energia nuclear para realizar a electrólise da água e produzir hidrogénio. Embora o processo não emita CO2, produz resíduos radioactivos, que por sua vez terão de ficar armazenados de forma segura durante séculos
Utiliza fontes fósseis, como o metano ou outras, que são alvo de uma reformação, usando vapor de água a altas temperaturas na produção do hidrogénio. Um subproduto é o CO2 libertado para a atmosfera. É poluente.
Outro processo muito poluente, é a produção de hidrogénio preto/castanho porque é produzido a partir de hulha (carvão preto) ou lenhite (carvão castanho) através da sua gaseificação. Além do hidrogénio, são produzidos CO2 e monóxido de carbono.
Hidrogénio que existe na forma pura, armazenado em formações geológicas e na atmosfera. Muito raro e difícil de ser extraído
Situação actual da produção de hidrogénio
Em 2021, apenas 0,04% das 94 milhões de toneladas de hidrogénio (Mt de H2) produzido em todo o mundo é hidrogénio verde. Por outro lado, a maioria do hidrogénio (62%) foi produzido a partir de gás natural sem haver captura do CO2.
Ao todo, foram emitidos 900Mt de CO2 na produção de hidrogénio em 2021, o que mostra que esta indústria é, por enquanto, maioritariamente poluente.
Dos 94Mt de H2, 34 foram usadas na manufactura do amoníaco, fundamental para a indústria de fertilizantes. Por outro lado, apenas 30.000 toneladas foram usadas como combustível para veículos de estrada em 2021, equivalente a 0,03% de todo o hidrogénio produzido naquele ano.
*Combustíveis fósseis com captura,
uso e armazenamento de carbono (na sigla em inglês)
Esta discrepância dá algumas pistas de como era a indústria do hidrogénio antes da guerra na Ucrânia. Mas os próximos anos espera-se que este cenário mude. De acordo com o relatório de 2022 sobre hidrogénio da Agência Internacional de Energia, os países comprometeram-se que em 2030 iriam produzir a nível mundial cerca de 14Mt de H2 a partir da electrólise, o que equivale a quase 15% da produção de hidrogénio de 2021.
Em Portugal
Em Portugal, os projectos de hidrogénio verde estão a arrancar. Em Sines há uma aposta para se tornar centro de produção de hidrogénio verde. O consórcio internacional MadoquaPower2X espera iniciar a produção de hidrogénio verde e de amoníaco naquela região no início de 2024.
Mas há empresas que estão a avançar mais rápido, como a HyChem, na Póvoa de Santa Iria, no concelho de Vila Franca de Xira, que já tem pronto um parque fotovoltaico para a produção de hidrogénio verde.
Onde é que o hidrogénio pode ser usado?
Além de na indústria química associada aos fertilizantes, o hidrogénio verde poderá vir a ser usado principalmente em três áreas, avança Patrícia Fortes: em transportes, como os camiões, que são veículos rodoviários de grandes dimensões que percorrem grandes distâncias, os barcos e os aviões; pode ser usado como fonte de energia de indústrias de alta temperatura, como o vidro, a cerâmica, o ferro e o aço; e como armazenamento de energia de longa duração.
“Temos baterias, que armazenam energia durante pouco tempo, e temos barragens”, diz a investigadora. “Aumenta a necessidade de termos hidrogénio armazenado para [ser usado na produção de] electricidade”, adianta.
Outra forma de o hidrogénio poder ser aproveitado no ciclo da energia é funcionar como matéria-prima juntamente com o CO2 para se produzir metano sintético, que tem as mesmas características que o gás natural. “Aí pode-se colocar na rede”, diz a investigadora. “Mas requer energia.”
Embora o hidrogénio pudesse ser usado para o aquecimento das casas e como combustível de veículos ligeiros, Patrícia Fortes acredita mais na electricidade como fonte directa para estas funções. “O que tenho observado nos últimos anos nas casas é a migração para a electrificação”, refere a investigadora.
Em relação aos carros ligeiros, os eléctricos já deram provas. “O veículo eléctrico é muito mais eficiente do que a gasolina, cerca de seis vezes mais eficiente”, explica a especialista. Só para os veículos maiores é que a bateria eléctrica é um desafio. “Um camião eléctrico requeria uma bateria gigantesca”, explica Patrícia Fortes. Nestes casos, a investigadora defende que o hidrogénio é uma boa opção.
“Não há nenhuma tecnologia milagrosa que vá responder a todas as necessidades”, vaticina Patrícia Fortes. “Tem de haver uma mistura de tecnologias e alternar-se [entre elas]. O hidrogénio não vai ser uma solução para tudo, nem as renováveis.”
Alguns desafios do hidrogénio verde
Como em qualquer indústria que está agora a dar os primeiros passos, um dos maiores desafios do hidrogénio verde é a necessidade de instalação de capacidade produtiva.
“Mesmo a estratégia europeia para o hidrogénio verde requer uma capacidade elevada de electrólise”, explica Patrícia Fortes. “Tem de haver um aumento de electrolizadores. Isso exige uma economia de escala, uma capacidade de produção.” A investigadora espera que este crescimento vá reduzir o preço da produção do hidrogénio verde.
Ao mesmo tempo, a produção deste gás irá exigir a instalação de campos fotovoltaicos e eólicos, dependendo da região e do país, para fornecer energia limpa ao processo de electrólise.
A ocupação do solo com painéis fotovoltaicos, além de alterar por completo a paisagem circundante, tem impactos a nível da biodiversidade. “O que é sempre negligenciado são os serviços de ecossistema. Como não há uma quantificação do seu valor, isso não é considerado”, alerta a investigadora, acrescentando que o impacto desta nova indústria vai ter de ser também avaliado “do ponto de vista social, histórico e económico”.
FICHA TÉCNICA
Textos
Nicolau Ferreira
Infografia
Cátia Mendonça e Gabriela Pedro
Ilustração
Gabriela Pedro
Desenvolvimento web
Cátia Mendonça
Vídeo
Carolina Pescada
