O hidrogênio verde como fonte de energia renovável tem várias aplicações e tem sido tratado também como um produto econômico do RS. Porém, as formas de produção e suas potencialidades ainda não são tão difundidas. Por isso, o Correio do Povo entrevistou o doutor em engenharia Paulo Smith Schneider. Ele é pesquisador do Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros (ISI Pol), professor do pós-graduação em engenharia mecânica da UFRGS (PROMEC).
1. O hidrogênio verde tem sido apresentado com uma opção de geração de energia, mas muitas pessoas não sabem o que é, como ele é produzido. Poderia explicar onde o hidrogênio verde é encontrado e como é capaz de gerar energia?
A produção de eletricidade com fontes renováveis e não estáveis trouxeram o problema de desbalanço entre sua geração e seu consumo, que ocorrem em momentos diferentes. Os sistemas eólicos e solares fotovoltaicos podem produzir excedentes de eletricidade pois dependem da disponibilidade de vento e sol, que não coincidem com o consumo da rede.
A eletricidade precisa ser armazenada para consumo futuro, sendo as baterias uma solução para curto prazo e o H2 para períodos mais longos. Neste último caso, a eletricidade excedente alimenta um eletrolisador que separa o H2 da água, que é armazenado para futuramente fazer o caminho inverso em uma célula combustível e produzir eletricidade quando houver demanda de energia em períodos de baixa oferta de produção.
Esta cadeia de transformações não consegue ser totalmente isenta de combustíveis e materiais de origem fóssil, e por isso a denominação de H2 Verde vem sendo substituída por H2 de baixo carbono, que admite a contabilização de diferentes intensidades de participação das fontes e insumos renováveis.
Há outras rotas para obtenção de H2 de baixo carbono, e destacam-se aquelas que empregam biomassa. A biodigestão anaeróbia (biorreatores) produz biogás e biometano a partir de rejeitos orgânicos vegetais ou animais, rico em metano que alimenta reatores de reforma para gerar H2. Outra opção para rejeitos vegetais lignínicos é a gaseificação, que produz gases de síntese que podem ser fonte para obtenção de H2.
2. Como o hidrogênio verde pode ser usado e em quais setores?
O hidrogênio não é uma novidade pois é um insumo comum e amplamente empregado em diversas indústrias e processos. O gás natural é usado preferencialmente como fonte para obtenção do H2, além do carvão e outros insumos fósseis. Os esforços de substituição dos combustíveis e insumos fósseis fazem parte das ações de transição das matrizes energética e de insumos, e a primeira opção é produzir este mesmo H2 a partir de fontes renovável.
Esta substituição do H2 fóssil pelo de baixo carbono pode imediatamente ser aplicada na produção de derivados de petróleo, fertilizantes, siderurgia e alimentação, entre vários outros. Esta ação já trará um impacto importante nas cadeias de produtos existentes, colaborando para a descarbonização e desfossilização da economia. Novas aplicações surgem à medida que o H2 de baixo carbono pode ser ofertado, como o já citado armazenamento de eletricidade e a alimentação de veículos elétricos.
3. Quais as vantagens do hidrogênio verde em comparação com outras fontes renováveis e não renováveis?
A principal vantagem concreta é a substituição do hidrogênio produzido a partir de fontes fósseis, como o gás natural, pela mesma molécula agora obtida por processos de baixo carbono. Os processos dificilmente são isentos de energia ou insumos fósseis, mas já é um esforço considerável para desfossilizar as cadeias produtivas. As emissões de gases de efeito estufa podem ser drasticamente reduzidas, auxiliando no atingimento das metas de redução de impacto ao meio ambiente.
O aumento da oferta do H2 de baixo carbono poderá sustentar outras aplicações, como a de mobilidade, que mundialmente é dependente dos combustíveis derivados do petróleo. O Brasil tem uma situação particular na geração de eletricidade, com cerca de 90% de renováveis, e também na mobilidade, com participação do etanol e do biodiesel, mas esta não é a realidade mundial. Somente este diferencial já nos coloca em vantagem para o desenvolvimento de soluções com o H2 pois este deve ser produzido a partir de fontes renováveis.
4. Atualmente, como estão as pesquisas sobre a produção e o uso? E onde podemos ver sua aplicação?
Há um esforço mundial em pesquisa e desenvolvimento em diferentes setores. Inicialmente, é necessário buscar soluções para aumento de eficiência, qualidade da operação, redução de peso, novos materiais e segurança para a cadeia de produção do H2, que envolve os eletrolisadores e sistemas de armazenamento. As utilizações posteriores do H2 abrem espaço para as células a combustível, que usam o H2 para gerar eletricidade, e são os equipamentos principais para mobilidade elétrica em veículos de todos os portes.
A viabilização do emprego para geração e mobilidade depende da autonomia dos sistemas, já que o H2 é um gás com baixa densidade energética nas condições de pressão e temperatura ambientes. O desenvolvimento de processos de armazenamento de alta densidade são obrigatórios, e este é um esforço mundial para encontrar soluções de novos materiais para operar em pressões elevadas, resistentes à corrosão e com estanqueidade suficiente para garantir a operação com segurança.
A produção de aço de baixo carbono é um campo promissor, empregando a redução direta alimentada por grandes quantidades de eletricidade renovável. Os fertilizantes nitrogenados, como amônia e uréia, são um campo de grande interessa para o Brasil, que importa praticamente toda sua demanda, ficando exposto a variações externas e ameaçando a segurança alimentar e econômica do país.
Fertilizantes de baixo carbono podem ser obtidos pela combinação de eletricidade renovável e rejeitos agrícolas. As iniciativas de desenvolvimento de soluções e processos vem da combinação de esforços das universidades e institutos de pesquisa, em conjunto com empresas interessadas no desenvolvimento de mercados, contando com o apoio governamental para políticas e financiamentos.
5. Produzir hidrogênio verde pode ser perigoso?
Este é um desafio que exigirá muita atenção, pois o H2 tem comportamentos muito diferentes dos combustíveis usuais de mercado. A molécula é muito pequena e consegue permear na estrutura sólida das paredes dos tanques de armazenamento, o que exige o emprego de espessuras maiores para operar em altas pressões, e materiais que combinem alta resistência com baixo peso e resistência à corrosão.
Sua inflamabilidade também é elevada, o que pode causar ignição em condições de baixa presença de oxigênio. Outro desafio é a queima invisível à visão humana, o que dificulta sua identificação. Estas características não inviabilizam seu emprego, mas o tornam mais complexo e aumenta a responsabilidade da operação.
6. Qual o potencial do Brasil? Todas as regiões podem produzir? Como está o Rio Grande do Sul neste contexto?
A disponibilidade dos insumos necessários para a produção de H2 de baixo carbono no Brasil é excepcional, pois o país dispõe de eletricidade renovável de fontes solar, eólica, hídrica e biomassa, além da abundância de rejeitos vegetais e animais da agroindústria e de esgotos. O emprego que será dado a esse H2 deve seguir as vocações de cada região e sua capacidade industrial.
Há uma pressão para o país ser um produtor para exportação para a Europa, que necessita de combustíveis mais limpos e não dispõe das fontes necessárias. Esta opção traz pouco retorno para o país, pois não é voltada ao mercado interno. O emprego para fabricação de fertilizantes, siderurgia de baixo carbono e mobilidade são mais atrativas pois demandam respostas de maior conteúdo tecnológico, movimentando as indústrias locais e com consequente geração de empregos.
O Rio Grande do Sul tem o que é necessário para o desenvolvimento da economia do H2 de baixo carbono: energias renováveis, rejeitos orgânicos da agroindústria e urbanos, apoiado em um parque industrial competente e inovador, com apoio das instituições de pesquisa e desenvolvimento, além do papel incentivador do Estado.
7. O que falta para ele ser mais usado? Quais são os principais desafios?
O H2 de baixo carbono e outros produtos com base no hidrogênio ainda tem preço de mercado superior ao seu similar produzido com fontes fósseis. Isto é natural e esperado quando uma nova opção é oferecida com maior conteúdo tecnológico e baixa escala de produção e maturidade.
Esta situação já foi vivenciada em outras transições de produtos e serviços, como caso da energia eólica. Os primeiros parques geradores receberam forte incentivo do governo para garantir sua viabilização há menos de 20 anos, e hoje a energia eólica é comercializada com um dos valores mais baixos do mercado. O papel dos incentivos se estende a toda a cadeia de pesquisa, desenvolvimento, criação de empresas e marcos regulatórios, mas também tem prazo de validade, que deve ser revisado à medida que as opções de uso se consolidem e tornem-se maduras e auto sustentadas.