Hidrogênio é a chave para economia de baixo carbono

Química e Derivados - Hidrogênio é a chave para economia de baixo carbono ©QD Foto: Divulgação
Eletrolisadores da ThyssenKrupp usam tecnologia alcalina

Há uma grande oportunidade para o Brasil se consolidar como um dos centros da revolução verde global, com papel de liderança na chamada transição energética. Além de já ter a matriz elétrica mais limpa do mundo, com 83% proveniente de fontes renováveis (64,9% hídrica, 8,6% eólica, 8,4% biomassa e 1% solar), e uma política nacional de biocombustíveis ousada como a recém-lançada Renovabio, o país tem o cenário ideal para ser também ator importante em outra grande aposta global de descarbonização: a produção do hidrogênio verde.

É clara a vantagem competitiva do Brasil na nova onda de produzir hidrogênio a partir de fontes renováveis e assim permitir que seu uso como combustível limpo, que só emite vapor d´água, seja ferramenta para políticas nacionais de descarbonização em demandas nas quais é difícil a transição energética apenas via eletrificação. Justamente por ter matriz elétrica limpa, distribuída por um sistema interligado em todo o país, o SIN, a possibilidade do Brasil de produzir o hidrogênio verde a partir da eletrólise da água (também abundante em várias regiões) é muito grande. Principalmente ao se levar em conta que os investimentos nas novas renováveis – eólica e solar – continuarão em alta no país nos próximos anos.

Em um primeiro cenário futuro, ainda sem grande demanda local para o combustível limpo – produzido em células eletrolíticas que repartem a molécula da água em moléculas de hidrogênio e oxigênio –, o Brasil poderia se tornar exportador para países desenvolvidos do H2 verde produzido localmente para uso em demandas de mobilidade. E nesse caso a opção seria pela transformação do hidrogênio em amônia, o que o torna mais estável e barato para exportação via navios-tanque para qualquer local do mundo, em países com planos futuros de expansão do hidrogênio como combustível de caminhões, ônibus, trens e mesmo carros de passeio, em menor escala. Nesse cenário, países como Alemanha, Holanda, França, Japão, Coreia do Sul e China são bons exemplos.

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Silva: única geradora de H2 verde do país fica em Guaíba

Na Arábia – Esse futuro hipotético para o Brasil poderia se mirar no modelo de um projeto anunciado em julho deste ano pelas empresas Air Products, ThyssenKrupp e pela ACWA Power, empresa estatal da Arábia Saudita, onde está programado o investimento conjunto de US$ 7 bilhões para erguer planta de hidrogênio verde. A união entre as empresas não é fortuita: a Air Products é a maior produtora de hidrogênio do mundo, a ThyssenKrupp detém nova tecnologia alcalina de eletrólise da água e o governo da Arábia Saudita lidera o projeto construindo uma nova cidade, batizada de Neom, para torná-la centro mundial de energia renovável e do hidrogênio verde.

Na nova cidade, que fica na fronteira com o Egito e a Jordânia, no Mar Vermelho, os sauditas vão instalar inicialmente 4 GW em parques solares e eólicos integrados para suprir de energia a planta de eletrólise da água que produzirá o hidrogênio verde e o converterá em amônia para exportação global. A estimativa é o complexo entrar em operação em 2025, quando serão produzidas 650 toneladas por dia de hidrogênio verde a partir da tecnologia da ThyssenKrupp, o suficiente para abastecer 20 mil ônibus a célula de hidrogênio.

Uma unidade de separação (coluna de destilação criogênica), com tecnologia da Air Products, será empregada para retirar o nitrogênio do ar, que por sua vez será unido ao hidrogênio verde para sintetizar, com tecnologia da empresa Haldor Topsoe, a amônia. A previsão é de que sejam produzidas 1,2 milhão de toneladas/ano de amônia verde para exportação global, principalmente para a Europa, onde haverá plantas de dissociação da amônia e onde, após isso, o H2 verde será comprimido para distribuição. Apenas para a infraestrutura de distribuição do projeto, a Air Products será responsável pelo investimento de US$ 2 bilhões do total previsto de US$ 7 bilhões.

De forma estratégica para este e outros projetos previstos, a Air Products está atuando em toda a cadeia do hidrogênio verde para uso como combustível, segundo explicou o gerente geral para o Brasil, Marcus Silva. Isso ocorre desde a operação da planta da ThyssenKrupp, com quem firmou parceria global para difusão da tecnologia, como na distribuição e nas estações dispensadoras de hidrogênio nos veículos, de 350 e 700 bar, para abastecer as células de combustível em postos. “Estamos nos preparando para atuar na geração, distribuição e no fornecimento para o usuário final”, disse.

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Para a Alemanha – Embora no Brasil o assunto ainda esteja incipiente, Silva acredita que o potencial é grande, principalmente por conta de a energia renovável no país ser cada vez mais abundante e estar entre as mais baratas do mundo, caso da eólica e cada vez mais da solar. “Estamos abertos a conversar com quem esteja disposto a entrar nesse mercado que com certeza vai dominar o mundo no médio prazo”, disse.

Talvez o exemplo mais forte de que essa demanda vai crescer globalmente é o planejamento da Alemanha, que em junho deste ano anunciou uma estratégia nacional para o hidrogênio. Serão investidos, como parte de sua meta de se tornar neutra em carbono até 2050, 9 bilhões de euros para fazer com que o hidrogênio verde substitua os combustíveis fósseis na sua matriz.

Desse total, 2 bilhões de euros serão utilizados apenas para firmar parcerias com outros países fortes em energia renovável. Isso porque, por suas condições climáticas e geográficas, a Alemanha não terá condições de atender a meta nacional internamente. A estimativa do país é de que eles conseguiriam gerar apenas 11% com complexos próprios de hidrogênio verde. Para suprir essa grande lacuna, inicialmente os “olhos” dos alemães estão para países da África, como Marrocos e Tunísia, e alguns poucos europeus, como a Espanha, que tem mais energia solar e eólica.

Nada impede, porém, que o Brasil se aproveite dessa onda como um forte exportador. Esta é a opinião, por exemplo, do gerente de inovação e sustentabilidade da Câmara de Comércio e Indústria Brasil-Alemanha, Ansgar Pinkowski, que em recente webinar declarou que a câmara está trabalhando para divulgar essa oportunidade por aqui. “O potencial que o Brasil tem é gigantesco, por exemplo no Norte e Nordeste, com o crescimento expressivo da geração solar e eólica, e logicamente com a força da geração hídrica e ainda da biomassa”, disse.

Pinkowski ainda chama a atenção para o fato de o Brasil ter mão de obra mais qualificada e ser muito mais industrializado do que os países africanos com os quais a Alemanha cogita fazer parcerias para ser suprida com hidrogênio. “Além disso, 95% das empresas que fazem parte do World Hydrogen Council têm filial no Brasil e podem ajudar a alavancar esse mercado”, disse. Na sua opinião, além de aproveitar essa oportunidade global, o país deve desenvolver o consumo local de hidrogênio para fins energéticos, o que ainda não existe. “O potencial interno de consumo é grande e o mercado ficaria maior ainda com a possibilidade de exportação em larga escala”, completou.

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Mello: a eletrólise permite operar longe dos gasodutos

Fertilizantes – Compartilha dessa opinião Luiz Mello, o gerente de desenvolvimento de negócios da ThyssenKrupp, tradicional detentora de tecnologias eletroquímicas (mais de 600 plantas instaladas no mundo) e de produção de hidrogênio, tanto pela via tradicional, pelo craqueamento do gás natural e do carvão, como mais recentemente com a eletrólise alcalina da água para a produção do H2 verde, um sistema modular de alta eficiência (82%) e para grandes escalas de produção, como o do projeto na Arábia Saudita.

Para Mello, o caminho a ser percorrido para o Brasil aproveitar a tendência do hidrogênio verde no futuro passaria, em primeiro lugar, por desenvolver um mercado local, começando pela indústria de fertilizantes, onde há oportunidade para aumento de produção de nitrogenados, já que o país importa 80% do consumido.

Segundo o gerente, com o preço da energia hoje no Brasil já começa a ficar viável erguer uma unidade de produção eletrolítica de hidrogênio para produzir amônia, insumo básico de fertilizantes (ureia e nitrato de amônio). O opex (custos operacionais) aí ficaria facilitado com a alta disponibilidade de energia renovável no país, que poderia ser consumida em qualquer lugar, bastando a empresa garantir contratos de energia no mercado livre de fontes renováveis.

“Já há empresas pedindo cálculos iniciais para estudar a viabilidade em investimentos futuros”, disse. Pelo lado do capex (investimento fixo), os custos não seriam muito diferentes de investimentos industriais similares. Para uma unidade com consumo de 120 MW, revela Mello, o investimento oscilaria em cerca de US$ 100 milhões.

A expectativa com o mercado de fertilizantes se explica pela alta demanda agrícola e por alguns sinais de retomada de produção, sobretudo por conta da nova Lei do Gás, que promete baratear no futuro o custo do gás natural com a abertura do mercado. No caso, a perspectiva envolve as duas fábricas de amônia e fertilizantes nitrogenados da Petrobras arrendadas pela Proquigel por dez anos, que devem voltar à produção em 2021 e estão em fase de negociação de fornecimento de gás natural a um preço que torne a retomada viável. Bom acrescentar que a causa da desmobilização da produção de fertilizantes tem a ver com o alto custo do gás natural no Brasil frente aos concorrentes estrangeiros.

Atualmente apenas a Yara Fertilizantes, de Cubatão-SP, produz amônia a partir do hidrogênio resultante do craqueamento de 640 mil m3 por dia de gás natural, mas mesmo assim ainda precisa importar amônia para completar a sua produção de fertilizantes nitrogenados (ureia, nitrato de amônio e sulfato de amônio). Outra produtora, a Proquigel, em Candeias-BA, também precisa importar amônia para produzir sulfato de amônio.

Embora exista a expectativa de queda no preço do gás natural no país, e a própria Yara esteja negociando contrato de compra como consumidora livre de gás, para Mello essa falta de competitividade do gás natural brasileiro pode incentivar novos investimentos com as unidades eletrolíticas, já que é estimado ainda um longo tempo para o preço do gás cair no país com as medidas da nova lei. “O investimento em capex para fazer uma planta de hidrogênio é muito similar ao do hidrogênio cinza (de origem fóssil)”, diz.

Para Mello, há ainda a vantagem, no caso do hidrogênio verde, de não depender da escassa rede de gasodutos do país para garantir o abastecimento de matéria-prima, o que ocorre com o cinza. No caso da unidade de eletrólise, basta se conectar à ramificada rede elétrica nacional, o SIN (Sistema Interligado Nacional), que interliga a energia gerada a partir de fontes renováveis em todas as regiões.

Segundo Mello, além de tornar a logística operacional para uma nova planta muito mais fácil, que dependeria apenas de água e eletricidade, essa flexibilidade dá ainda a possibilidade de escolher um local perto do ponto de consumo, caso de uma indústria de fertilizante, ou de um porto para exportação da amônia.

Em custo de energia, levando em conta a média de preço internacional de US$ 280 por tonelada de amônia, Mello calcula que a energia para viabilizar o empreendimento precisaria ser inferior a US$ 30/MWh. Isso porque em média são consumidos 10 MWh para produzir uma tonelada de amônia. “Não estamos muito longe de tornar essa relação viável, mas é preciso ter garantia de suprimento de energia a um bom preço e em contratos longos”, disse.

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Planta no Brasil – O caminho a se percorrer para chegar à era do hidrogênio verde não é longo apenas para o Brasil. Atualmente mais de 90% do hidrogênio produzido no mundo, o equivalente a mais de 40 milhões de toneladas, é obtido a partir de fontes fósseis (carvão, petróleo e gás natural), o chamado hidrogênio cinza. Outros cerca de 6% seriam do hidrogênio azul, com produção baseada em combustíveis fósseis, normalmente gás natural, mas que inclui captura, utilização e armazenamento de carbono. Os restantes 4% seriam do verde.

No Brasil, por enquanto, há apenas uma planta de hidrogênio verde. Na indústria de celulose CMPC, em Guaíba-RS, a unidade é da Air Products, que aproveita o hidrogênio resultante das células eletrolíticas da fábrica cativa de cloro e soda da CMPC, que por sua vez é alimentada pela energia renovável proveniente da cogeração de licor negro (resíduo da celulose).

Química e Derivados - Hidrogênio é a chave para economia de baixo carbono ©QD Foto: Divulgação
Sistema de separação de hidrogênio da Air Products

A Air Products tem planta de purificação e compressão do hidrogênio verde gerado em Guaíba, com capacidade de 300 m3/h, dos quais aproximadamente um terço é distribuído para empresas da área metalúrgica da região da Serra Gaúcha, que usam o hidrogênio em tratamento de metais.

Segundo o gerente geral da Air Products, está no planejamento utilizar em breve os dois terços restantes do hidrogênio verde para geração de energia elétrica, com uso de turbina híbrida, que roda com 70% de hidrogênio e 30% de gás natural (para operar a 100% com H2 a turbina precisa ter alta resistência, usando ligas especiais, o que onera o projeto). Outra opção de aproveitamento seria iniciar projeto de mobilidade com caminhões com células a hidrogênio, replicando o que ocorre na matriz da Air Products nos Estados Unidos. “Estamos estudando trazer um caminhão para fazer um piloto”, revelou Silva.

Em hidrogênio cinza, segundo Marcus Silva, a Air Products conta com unidade de craqueamento de gás natural em Guaratinguetá-SP e mais sete unidades on-site de médio porte (até mil Nm3/h) em clientes das áreas de tratamento de metais, vidro, siderúrgicas, alimentos, cosméticos. Nessas fábricas, a empresa constrói a planta, opera e entrega o hidrogênio preparado para as aplicações.

Globalmente, o mercado mais importante do hidrogênio para a Air Products está nas refinarias de petróleo, em plantas com escalas de 20 mil até 200 mil Nm3/h, para dessulfurização da gasolina, diesel e outros combustíveis fósseis. Mas isso ocorre principalmente nos Estados Unidos e Europa, onde as restrições ao enxofre são mais elevadas. Nesses casos, revela Marcus Silva, há muitos projetos de hidrogênio azul, onde há captura de gás carbônico. Já no Brasil, as unidades de dessulfurização são da própria Petrobras e a demanda não chega a ser no mesmo nível de países desenvolvidos.

Para Silva, a tendência durante um bom tempo, para o mercado de hidrogênio, será o convívio paralelo entre os três tipos de hidrogênio – cinza, azul e verde – até por conta da imensa capacidade instalada ainda das rotas convencionais e do alto consumo em refinarias, onde há abundância de gás natural. “Seria um salto muito grande uma conversão imediata, mas com certeza a tendência de descarbonização, seja via hidrogênio azul ou verde, é irreversível”, finaliza.

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