Economia do hidrogênio: o combustível do futuro, sendo desenvolvido hoje 

Com o aumento dos efeitos das mudanças climáticas no mundo, é necessário aumentar o fornecimento de energia com fontes limpas e sustentáveis. Na matriz energética, o hidrogênio tem muitas vantagens, criando o potencial de revolucionar a forma como energizamos nosso mundo por meio da economia do hidrogênio.

O hidrogênio é o elemento mais abundante na tabela periódica, embora não esteja disponível livremente e exija um processamento químico para sua produção. Seu alto teor energético e suas propriedades de emissão zero de carbono o tornam uma alternativa sustentável e atraente aos combustíveis fósseis convencionais para armazenamento e geração de energia.

Quando usado como combustível, o hidrogênio libera apenas vapor de água e, com uma gama diversificada de métodos de produção, pode ser produzido, armazenado e consumido sob demanda. Além disso, o hidrogênio é transportável, mesmo que com desafios significativos, o que aumenta sua flexibilidade e confiabilidade como uma fonte de energia consistente.

No entanto, como acontece com a maioria das iniciativas da indústria, o desenvolvimento da economia do hidrogênio e a adoção de processos movidos a hidrogênio trazem vários desafios, principalmente relacionados à falta de infraestrutura e regulamentações existentes.

Uma das primeiras etapas para entender o cenário do hidrogênio é reconhecer os múltiplos meios de obtê-lo ou produzi-lo, cada um com diversas implicações financeiras, de sustentabilidade e regulatórias.

Como qualquer consumível, o hidrogênio só pode ser tão limpo e ecologicamente correto quanto seu método de produção. Um sistema de cores é usado para distinguir o nível de sustentabilidade ambiental do hidrogênio. Há ainda mais cores na paleta, mas essas são as principais alternativas, sendo o metano o principal componente do gás natural.

• Hidrogênio cinza: Atualmente o método de produção mais predominante, o hidrogênio cinza é derivado do gás natural através da reforma a vapor do metano (SMR) ou da reforma autotérmica (ATR). Embora esses processos tenham bom custo-benefício, ambos liberam quantidades significativas de dióxido de carbono na atmosfera, anulando a maioria dos benefícios ambientais do uso do hidrogênio cinza como combustível.
• Hidrogênio azul: Semelhante ao hidrogênio cinza em sua dependência dos processos de SMR e ATR do gás natural, o hidrogênio azul incorpora tecnologias de captura e armazenamento de carbono (CCS) para capturar e sequestrar as emissões de dióxido de carbono geradas durante a produção. Esse método é considerado mais sustentável devido à CCS, mas isso também o torna mais caro. A ATR é mais adequada para a produção de hidrogênio azul porque produz um fluxo mais puro de dióxido de carbono do que a SMR.
• Hidrogênio verde: O hidrogênio verde é produzido através da eletrólise, um processo que usa eletricidade renovável de fontes de energia limpa, como energia eólica, solar ou hidrelétrica, para dividir as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Esse método não gera emissões de carbono, o que o torna a opção mais sustentável. No entanto os custos de produção e o fornecimento de energia renovável são uma preocupação.
• Hidrogênio Turquesa: Uma tecnologia emergente, a produção de hidrogênio turquesa utiliza a pirólise do metano, que requer a decomposição do metano - o principal componente do gás natural - em hidrogênio e carbono sólido. Embora ainda esteja em desenvolvimento, esse método oferece uma alternativa de baixa emissão para o hidrogênio cinza quando o subproduto carbono é utilizado ou capturado de forma eficaz.

Embora ainda esteja no começo, a economia com hidrogênio está começando a tomar forma, demonstrando versatilidade e potencial para uma ampla adoção global. O hidrogênio já é um elemento substancial em diversos processos industriais, desde a produção de amônia para fertilizantes até os processos de refino de produtos petrolíferos.

No setor de transportes, os veículos elétricos (EVs) de célula de combustível movidos a hidrogênio estão ganhando força, oferecendo uma alternativa de transporte com emissão zero e com tempos de reabastecimento muito mais rápidos em comparação com os EVs movidos a bateria, em minutos ao invés de horas. O hidrogênio também pode ser utilizado em células de combustível estacionárias para geração de energia, fornecendo eletricidade confiável para residências e empresas, especialmente em áreas remotas e regiões com acesso limitado à rede.

Além disso, o hidrogênio é um meio eficiente de armazenamento de energia, especialmente voltado para a captura do excesso de energia renovável produzida durante os períodos de pico, para que possa ser armazenada para uso posterior. Diferente das baterias, que são mais adequadas para o armazenamento de energia a curto prazo, a capacidade do hidrogênio de armazenar grandes quantidades de energia por períodos prolongados o torna ideal para o armazenamento sazonal, ajudando a lidar com as flutuações na produção de energia renovável. Em comparação com o armazenamento em bateria, o armazenamento em hidrogênio requer muito menos espaço e peso, e praticamente sem perda de energia ao longo do tempo.

A complementação dos métodos de geração de energia baseados em combustíveis fósseis com energia proveniente do hidrogênio ajudará a enfrentar muitos dos desafios climáticos urgentes que a humanidade e o planeta enfrentam atualmente, principalmente em relação às emissões de gases de efeito estufa. À medida que a economia do hidrogênio se desenvolve, as empresas se tornam capazes de mitigar as mudanças climáticas e atingir metas de sustentabilidade corporativa.

Além disso, o hidrogênio aumenta a segurança energética ao diversificar os suprimentos de energia e reduzir a dependência de fontes de energia convencionais que podem ser cada vez mais afetadas pelas dinâmicas geopolíticas. A economia do hidrogênio é uma oportunidade para promover a inovação, criar novas indústrias e empregos e estimular o crescimento econômico em toda a cadeia de valor. A integração de processos industriais movidos a hidrogênio também reduz os poluentes transportados pelo ar, resultando em uma melhor qualidade do ar — especialmente em áreas densamente povoadas — e em benefícios para a saúde pública. 

Apesar das vantagens, o hidrogênio enfrenta diversas barreiras para sua adoção generalizada. 

Em primeiro lugar, embora o hidrogênio verde ofereça uma opção de emissão zero para alimentar a infraestrutura, sua produção de energia continua sendo significativamente mais cara do que a dos combustíveis fósseis tradicionais. A redução do custo da produção de hidrogênio verde é uma das principais prioridades para estimular a economia do hidrogênio. 

Da mesma forma, o hidrogênio azul acrescenta custos significativos à produção de hidrogênio cinza. Portanto, serão necessários incentivos para aumentar seu uso. 

Além disso, o hidrogênio carece de uma infraestrutura robusta e desenvolvida para produção, armazenamento, transporte e distribuição. O estabelecimento desses aspectos requer investimentos significativos na construção de novas infraestruturas e na adaptação daquelas já existentes para lidar com o hidrogênio de forma segura e eficiente. Também é necessário que o público confie e aceite as tecnologias de hidrogênio nos processos industriais e de consumo, o que requer campanhas de conscientização para educar sobre os benefícios do hidrogênio, responder às preocupações de segurança e desmentir mitos.

Por fim, os protocolos e regulamentos de segurança em toda a cadeia de valor devem ser amplamente conhecidos e compreendidos, desde os métodos de produção e armazenamento até o transporte e o uso final. As agências reguladoras desempenham um papel importante na educação dos usuários atuais e potenciais do hidrogênio e no incentivo à sua adoção. 

Os governos e os órgãos reguladores desempenham um papel fundamental na promoção do desenvolvimento de uma próspera economia do hidrogênio por meio de políticas e incentivos direcionados. Isso frequentemente se manifesta na forma de impostos sobre o carbono, créditos de energia renovável ou sistemas de permissões de emissões do tipo "cap-and-trade", que tornam a energia verde mais atraente do ponto de vista comercial. Por exemplo, a Lei de Redução da Inflação de 2022 dos Estados Unidos inclui créditos fiscais de energia limpa e outras disposições para aumentar a produção doméstica de energia renovável. Enquanto isso, o Japão e a Coreia do Sul se comprometeram com a neutralidade de carbono até 2050, e toda a União Europeia está seguindo o exemplo.

Além de definir políticas, os governos também estão financiando a pesquisa e desenvolvimento, o que é fundamental para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde e azul, melhorar a eficiência das tecnologias de hidrogênio e explorar novas aplicações para esse versátil vetor de energia. O financiamento e incentivos públicos podem acelerar a implantação de estações de reabastecimento de hidrogênio, dutos e instalações de armazenamento, criando uma infraestrutura robusta que apoia o aumento da adoção.

As entidades públicas também desempenham um papel necessário no estabelecimento de protocolos e regulamentações de segurança claros na cadeia de valor do hidrogênio. Reforçar essas práticas é fundamental para garantir a segurança pública e estabelecer a confiança nas tecnologias de hidrogênio.

Considerando que a economia do hidrogênio ainda está em seus estágios iniciais, as aplicações potenciais vão além dos usos atuais. Por exemplo, indústrias como a produção de aço e cimento — conhecidas por suas grandes pegadas de carbono devido aos processos de fabricação com uso intensivo de energia — estão explorando ativamente os suplementos de hidrogênio no lugar da energia baseada em combustíveis fósseis para reduzir o impacto ambiental.

A redução das emissões de carbono nos setores marítimo e de aviação, que dependem muito de combustíveis fósseis, também se mostrou um desafio. No entanto, as células de combustível de hidrogênio que alimentam motores de combustão oferecem soluções possíveis.

O hidrogênio está até mesmo sendo misturado em instalações convencionais de geração de energia movidas a gás natural para reduzir as emissões de carbono na atmosfera. Designs mais recentes de turbinas a gás agora podem usar apenas o hidrogênio como fonte de combustível, sem a necessidade da mistura de gás natural.  

No âmbito do consumidor, o hidrogênio misturado com gás natural em até 20% da mistura total pode ser usado em aplicações residenciais e comerciais sem a necessidade de modificações nos aparelhos existentes — como sistemas de aquecimento, fogões, aquecedores a água quente e secadoras de roupas — proporcionando outra forma de reduzir as emissões de carbono e promover ambientes de convívio mais saudáveis. 

O desenvolvimento de uma economia com hidrogênio robusta não ocorrerá isoladamente. Em vez disso, é necessária uma abordagem colaborativa entre todas as partes interessadas, incluindo fabricantes, fornecedores, instituições de pesquisa públicas e privadas, governos e o público em geral. Mais pesquisa e desenvolvimento, juntamente com outros projetos-piloto, são essenciais para impulsionar a inovação, reduzir barreiras de custo, superar desafios técnicos e garantir a segurança. 

Embora os desafios permaneçam, a utilização do hidrogênio oferece inúmeros benefícios à medida que o mundo busca reduzir as emissões de dióxido de carbono e complementar as fontes de energia atuais com energia verde sustentável. Enfrentar os desafios da adoção requer contínuas pesquisas, educação, inovação tecnológica e unificação na formulação de políticas, mas o uso e o potencial do hidrogênio continuam a aumentar, apresentando uma oportunidade fundamental para impulsionar um futuro mais limpo para a indústria e além.