Hidrogênio no Brasil: quais as vantagens?

Como mostrado pelo Christian Fontão, o Brasil possui reservas de hidrogênio natural em quatro estados. Além disso, como explica a Laila Rava, a aprovação do Projeto de Lei n˚725/2022, pode apresentar uma nova fase para a produção do hidrogênio no Brasil por estabelecer parâmetros e metas para a mesma. Mesmo assim, é importante analisar as oportunidades e desafios para alavancar a produção no país.

Produção do Hidrogênio Verde

Como explicou a Laila Rava, o hidrogênio tem várias cores que são determinadas pela forma de sua produção. No entanto, considerando a necessidade de se reduzir a emissão de gases de efeito estufa, o hidrogênio gera um maior benefício se ele for rosa – produzido a partir da energia nuclear – ou verde – produzido a partir da eletrólise da água utilizando fontes de energia renovável. Não obstante, tecnologias nucleares não são tão bem-vistas no país (Silva, 2022), sendo pouco usuais, representando pouco mais de 2% da matriz elétrica do país (BEN, 2021). Em contraste, as fontes renováveis compõem 82,9% da matriz elétrica (Ibid, 2021).

Para o desenvolvimento de um mercado de hidrogênio verde, é indispensável uma análise que leve em consideração dois custos fundamentais: as despesas de capital (Capex), que se referem aos investimentos em maquinários e equipamento, e as despesas operacionais (Opex), que são as despesas diárias (Castro et al., 2022). A eletrólise da água consiste na divisão de moléculas da água a partir de uma corrente contínua. Um eletrolisador possui dois eletrodos, um positivo (cátodo) e um negativo (ânodo) dentro de água pura, que tem sua condutividade aumentada com a adição de um eletrólito. Quando uma corrente é aplicada, o gás do hidrogênio (H2) se desloca para o eletrodo do cátodo e o oxigênio em direção ao ânodo, quebrando a molécula da água (H2O).

De maneira resumida, em uma planta de eletrólise abastecida por energia renovável, o Capex se refere ao eletrolisador, e o Opex ao custo da energia, manutenção da planta e do custo da água. Dentro do Opex, o preço da energia renovável equivale a 70% do custo total do hidrogênio verde (Ibid., 2022). Consequentemente, a oferta de energia renovável a um preço acessível é fundamental para a avaliação econômica.

Por conta da oferta de energia renovável, a América Latina tem uma grande vantagem competitiva para se tornar líder na produção de hidrogênio verde tanto para exportação quanto para consumo interno (IAE, 2021). Em 2021, a Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) estimou que o hidrogênio verde pode, até 2050, chegar a menos de US$1,5/kg. No caso do Brasil, há um imenso potencial de recursos energéticos que é somado às vantagens da região. O extenso território recebe grandes níveis de raios solares de alta intensidade. Além disso, em algumas regiões, em especial no Nordeste, há altas quantidades de ventos constantes que não mudam bruscamente de intensidade e direção, sendo, portanto, ideal para a geração de energia eólica. Com essas características, o Brasil possui um fator de capacidade de produção maior do que a média mundial: a média brasileira é superior a 40% e atinge em torno de 60% e 70% (Castro et al., 2021). Enquanto isso, a média mundial é por volta de 25%. Fora isso, o país é o segundo maior produtor de energia hidrelétrica (Ibid., 2021). Sendo assim, percebe-se que o Brasil possui um grande potencial com o hidrogênio verde, uma vez que já tem um grande mercado desenvolvido de energia renovável que tende a crescer.

Apesar da existência de uma rede de energia renovável, os eletrolisadores continuam a ser um desafio. Atualmente, há três tipos de eletrolisadores: os alcalinos, os do tipo PEM (membrana de troca de prótons), e os do tipo SOE (membrana de óxido sólido). De acordo com Viola (2015), os eletrolisadores alcalinos são atualmente a tecnologia mais desenvolvida e disponível no mercado, que possui uma capacidade de produção entre 1 e 500Nm³ com eficiência de 75%. Os eletrolisadores PEM também estão disponíveis no mercado, porém seu custo é maior e a produção de hidrogênio menor, variando entre 0.29 e 30 Nm³/h (Silva, 2022). Quando utilizados, são geralmente associados a painéis fotovoltaicos (Ibid, 2022). Os altos custos dos eletrolisadores, porém, ainda podem representar um obstáculo, que poderá ser superado com investimentos externos. Recentemente, o Presidente Lula encontrou-se com o chanceler alemão, Olaf Scholz, para discutir questões relacionadas à Amazônia e a energias renováveis (Soares, 2023). No encontro, Scholz destacou o grande potencial do hidrogênio verde no Brasil (Ibid., 2023). Além disso, no dia 7 de fevereiro ocorre o primeiro leilão da política H2 Global, que busca incentivos às importações do hidrogênio verde (Ibid.).

Outra forma de se produzir hidrogênio na qual o Brasil pode se destacar é a reforma a vapor. Atualmente, 40% do hidrogênio é produzido a partir da reforma a vapor do gás natural por ser a mais barata (Sá et al., 2014). Porém, em sua produção, dióxido de carbono é liberado. Esse processo também pode ser utilizado a partir da queima do bioetanol. Esse combustível é produzido a partir da fermentação da biomassa, a qual, no Brasil, tem origem principalmente na cana-de-açúcar. Apesar de haver emissões, este processo é considerado neutro, uma vez que a biomassa em crescimento absorve o dióxido de carbono emitido (Abreu e Bortoni, 2022). De acordo ao Sindicato da Indústria de Fabricação do Álcool do Estado da Paraíba (Oliveira, 2022), para produzir 1 kg de hidrogênio, são necessários 7,6 kg de etanol. Com uma indústria já consolidada na produção do biocombustível nas regiões Centro-Oeste, Sudeste e Nordeste, o Brasil tem uma grande oportunidade para alavancar a produção de hidrogênio (Ibid., 2022).

Dessa forma, nota-se que o Brasil tem um grande potencial na produção do hidrogênio pelo baixo Opex, já que há uma grande disponibilidade de recursos naturais e certa experiência no ramo das energias renováveis. Mesmo assim, grandes investimentos devem ser feitos para alavancar a produção. Investimentos externos, estimulados por políticas públicas, podem ser uma solução para este desafio. Em breve, o HGPol lançará sua pesquisa que resume e analisa políticas nacionais relacionadas diretamente e indiretamente com a produção de hidrogênio verde.

Armazenamento

Um dos maiores desafios para a produção do hidrogênio é o seu armazenamento e transporte. O grande problema é que o hidrogênio tem uma densidade de volume muito baixa. Por exemplo, quando comparado à gasolina, vemos que a energia em 1 kg de hidrogênio equivale a energia em 2.75kg de gasolina, e que a energia em 1 litro de hidrogênio equivale a energia em 0.27 litro de gasolina. Sendo assim, o transporte de hidrogênio é difícil pois necessita de um grande volume.

Para facilitar seu transporte, o hidrogênio deve então ser armazenado a fim de comprimir o seu volume. Atualmente, há três principais métodos de armazenamento: física, adsorção e química (Abreu e Bortoni, 2022). Primeiramente, a forma física comprime o hidrogênio em estruturas geológicas, tanques ou de forma liquefeita (Ibid., 2022). O hidrogênio em forma líquida tem a maior densidade energética, tendo sido reduzido em 853 vezes, facilitando o seu transporte viável (Silva, 2022). Não obstante, esse método necessita de muita energia e tem aproximadamente 40% de energia perdida no processo (Moradi, 2019).

Na adsorção, a molécula do hidrogênio se liga a matérias com alta área superficial específica (Abreu e Bortoni, 2022). Exemplos são os polímeros porosos e os metal-organic frameworks (MOFs) (Ibid.).

Por fim, no armazenamento químico, o hidrogênio pode ser armazenado com outros líquidos e gases na forma de amônia, metano e etanol (Abreu e Bortoni, 2022). Assim como no hidrogênio líquido, esse método reduz o volume do hidrogênio. Além disso, produzir hidrogênio e armazená-lo na forma de amônia é uma grande oportunidade para o Brasil. A amônia é o principal insumo na produção de fertilizantes e o país é o maior consumidor do composto (Oliveira, 2022). Em 2018, 80% dos fertilizantes consumidos foram importados. Como consequência, a variação dos preços internacionais impacta diretamente os custos dos fertilizantes, que afetam 30% do custo dos grãos (Ibid., 2022). Dessa forma, o Brasil tem uma grande oportunidade de produzir e armazenar hidrogênio para reduzir os custos de produção no agronegócio.

Transporte

Considerando o grande potencial do Brasil para produzir hidrogênio, o país pode utilizar o hidrogênio para consumo interno e para exportações. O hidrogênio pode ser transportado de duas formas: por gasodutos e pela forma de amônia.

A publicação da Lei do Gás (n̊ 14.134/2021) teve como objetivo aumentar a competição do gás no país e reduzir o preço para o consumidor final. Como consequência dessa lei, é de se esperar que a malha de gasodutos aumente no país, sendo assim uma oportunidade para o transporte de hidrogênio (Abreu e Bortoni, 2022). Além disso, Laila explica que o PL n ̊725/2022, estabelece a injeção de hidrogênio verde em gasodutos (5% a partir de janeiro de 2032, e 10% a partir de 2050). Porém, o transporte de hidrogênio por gasoduto é economicamente vantajoso para distâncias de, no máximo, 1.500 km (das Dores, 2021). Fora isso, o custo da construção de um gasoduto é grande, necessitando, assim, que haja uma demanda alta na atualidade e no longo prazo (Guillet, 2011).

Para a exportação, a melhor alternativa seria a partir da amônia. Como já comentado, a produção de amônia nacionalmente pode ser um grande benefício para a agricultura brasileira. Sendo assim, o país possui um estímulo a se tornar um produtor mundial de hidrogênio verde.

Conclusão

O Brasil dispõe de diversas vantagens e oportunidades para alavancar a produção do hidrogênio verde. Primeiramente, o país usufrui de diversos recursos naturais que podem ser utilizados para a produção do hidrogênio verde. Além disso, já possui um parque industrial para a produção do hidrogênio a partir do etanol.

O transporte e armazenamento do hidrogênio, porém, continuam sendo desafios significativos. De acordo com a IEA (2019), caso o hidrogênio percorra um longo caminho, os custos de distribuição podem chegar a ser três vezes maior que o custo de produção. Dessa forma, ambos possuem um papel essencial para determinar a competitividade do hidrogênio (Oliveira, 2022). Mesmo assim, o crescimento da malha de gasodutos e o benefício para estimular produção de amônia no país podem trazer uma grande vantagem para a ampliação do hidrogênio verde no Brasil.

Referências

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