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Tecnologias de Produção de Hidrogênio Verde – Estudo Energético e Viabilidade Econômica

Resumo

Os eletrolisadores têm como função produzir hidrogênio, como produto final, separando a molécula de água através da corrente elétrica. Neste caso, a produção de hidrogênio tem de ser realizada com base em fontes de energia renovável, tornando assim o hidrogênio “verde”.

O presente trabalho tem como principal objetivo estudar e comparar duas tecnologias de eletrolisadores, de modo a analisar a viabilidade econômica de cada um deles, realizando uma orçamentação através de dois softwares de custos. O processo separa-se em cinco fases, com cinco custos, associados a cada uma com o intuito de verificar qual a tecnologia mais rentável.

Primeiramente, foi colocada água num tanque específico, interligando o eletrolisador, previamente conectado com o conjunto do transformador/retificador. Em seguida foi necessário comprimir o hidrogênio para o armazenar em tanques apropriados. Os valores técnicos foram calculados através de um simulador para cada uma das tecnologias, obtendo resultados díspares sobretudo a nível de pressão e de volume.

No processo alcalino, esse volume, que é necessário no armazenamento de hidrogênio, é muito mais baixo do que o volume armazenado através do eletrolisador PEM. Posteriormente, utilizou-se uma ferramenta de cálculo que permite, através dos valores encontrados no simulador, calcular os cinco custos para cada uma das duas tecnologias (trabalho, energia/água, componentes, edifício e manutenção) até chegar a uma importância final.

O custo total de fabricação do eletrolisador alcalino e seus constituintes foi de 316.786 €/ano e do eletrolisador PEM foi de 317.658 €/ano (cerca de R$ 2 milhões). Apesar destes valores não serem muito distintos, o que realmente fez diferença foi o custo por metro cúbico de cada um deles, em que a fabricação do processo alcalino acaba por ser bastante mais dispendiosa em relação ao processo do eletrolisador PEM.

Introdução

O Hidrogênio Verde é um dos muitos recursos que permite mitigar e combater as alterações climáticas, em que a temperatura global da Terra continua, ano após ano, a aumentar devido à degradação da camada de ozono, provocada pelos gases provenientes dos combustíveis fósseis.

Hoje em dia, alternativas como a produção de energia através de fontes renováveis (sol, vento, água, biomassa, etc.) são muito comuns. Para reforçar a penetração de eletricidade “limpa” na nossa rede elétrica, é ainda mais eficiente poder introduzir outras tecnologias, como o hidrogênio, que, ligado a fontes de energia renovável torna-se assim “verde”, como se irá analisar no capítulo 2.

Nesta dissertação pretende-se realizar uma análise econômica e energética de duas diferentes tecnologias de obtenção do Hidrogênio Verde, de modo a compará-las, chegando assim ao produto final: o armazenamento do mesmo.

O hidrogênio (H2) verde é obtido através da eletrólise da água, com recurso a eletrolisadores alimentados eletricamente por fontes de energia renovável, como é o caso das instalações solares e eólicas. Com preços cada vez mais baixos de implementação, as fontes de energia renovável constituem a componente chave para a viabilização dos projetos de hidrogênio verde.

Assim, assume-se que o dispêndio econômico da produção do H2 está diretamente relacionado à quantidade produzida de energia elétrica proveniente de fontes renováveis e ao custo do eletrolisador com a respetiva gestão técnica do sistema associado.

Como se pode constatar pela Figura 1 (leia a íntegra), são enviadas para a atmosfera 830 milhões de toneladas de dióxido de carbono (IEA, 2019), provocando que a temperatura global mundial aumente significantemente, estando aqui identificado o problema principal.

Este número deve-se aos dois tipos de hidrogênio poluentes, existentes no nosso planeta: hidrogénio azul e hidrogênio cinzento, que irão ser aprofundados no capítulo 2.

Assim, o hidrogênio verde encontra-se como uma das soluções, pelo facto de ser proveniente de energias renováveis. Porém, este apresenta também certos problemas de custo devido à ineficiência da tecnologia. Para solucionar este problema é necessário otimizar o processo da eletrólise, estudar qual a melhor fonte de energia renovável, analisar os custos associados e realizar uma listagem de consumíveis e de não consumíveis.

Autor: Leonardo Martins Bastos Monteiro (Instituto Superior de Engenharia do Porto/Portugal)

Referência: http://hdl.handle.net/10400.22/18322 

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