Economia do hidrogénio

O que é? No âmbito da transição energética, a economia do hidrogénio consiste numa proposta a nível sistémico para o abastecimento de energia à Economia. Refere-se a uma visão de futuro usando o hidrogénio (H₂) como fonte de energia de baixo carbono. Atualmente tem já diferentes aplicações, como vetor de armazenamento ou valorização energética renovável, como complemento ao gás natural, combustível (p. ex. substituindo a gasolina para transporte, ou o gás natural para aquecimento) ou outras aplicações associadas às pilhas de combustível estacionárias ou móveis. É considerado um vetor energético atrativo, dado:

• Oferecer uma elevada densidade energética por unidade de massa (33kWh/kg) – i.e. três vezes mais energia por unidade de massa que a gasolina, e 2,5 vezes mais que o gás natural; deve ter-se em atenção contudo - como desvantagem, o seu transporte ser pouco eficaz ao oferecer uma baixa densidade energética por unidade de volume, sendo menos denso 15 vezes e 3 vezes que o petróleo e o gás natural, respetivamente para condições de pressão e temperatura comparáveis;

• Resultar água (H2O) como único produto da reação, ao ser processado para produzir calor, ou combinado com o oxigénio do ar para produzir eletricidade numa célula de combustível.

Na Terra, apesar de existir hidrogénio em grande quantidade na forma combinada com outros elementos, o hidrogénio na forma elementar é extremamente raro. Significa pois que - ao ser necessário, é preciso produzi-lo, utilizando energia para o dissociar a partir de diferentes compostos, como o gás natural, a biomassa, alguns álcoois ou a água.

Por essa razão, o seu impacto no balanço de emissões de gases com efeitos de estufa depende de uma pegada de carbono por unidade energética produzida - ao longo da respetiva cadeia de valor, e subsequente utilização final. Atualmente produz-se predominantemente a partir do gás natural e, nessa condição, um automóvel com uma célula de combustível gera 70-80g CO2 por km percorrido - semelhante a um veículo híbrido moderno a gasolina, ou a um veículo elétrico com bateria carregado com a atual eletricidade da rede. As emissões resultantes podem ser reduzidas a próximas de zero se o H2 for produzido por eletrólise da água recorrendo a fontes de eletricidade renovável, ou à captura e armazenamento de carbono (CCS).

IRENA (2020). Green hydrogen cost reduction.

O relatório aponta, com base na queda dos custos de energias renováveis e a melhoria das tecnologias de eletrolisador, a possibilidade do hidrogénio verde se tornar competitivo até 2030. O relatório da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) descreve estratégias para reduzir os custos do eletrolisador através de inovação contínua, melhorias de desempenho e aumento de escala de megawatt (MW) para gigawatt (GW).

IRENA (2019). Hydrogen: A renewable energy perspective.

“O hidrogénio emergiu como parte importante do mix de energia limpa necessário para garantir um futuro sustentável. Os custos decrescentes do hidrogénio produzido com energia renovável, combinados com a urgência de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa (GEE), deram um impulso político e comercial sem precedentes ao hidrogénio limpo. Este documento da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) examina o potencial do hidrogénio para setores de difícil descarbonização, onde se incluem indústrias de utilização intensiva de energia, transporte rodoviário, aviação, embarcações marítimas e aquecimento. Mas o impacto da descarbonização depende de como se produz o hidrogénio. As opções atuais e futuras de fornecimento de hidrogénio podem ser divididas em cinza (baseado em combustíveis fósseis), azul (produção baseada em combustíveis fósseis com captura, utilização e armazenamento de carbono) e verde (baseado em fontes renováveis).”

FCH JU (2019). Strategic Research & Innovation Agenda – Draft.

"The hydrogen sector, coordinated by Hydrogen Europe and the FCH JU has carefully analysed the research and development needs and drafted a number of technology roadmaps, detailing the pathway towards mass market commercialisation of hydrogen-based technologies (including targets, indicators and milestone) up to 2030 and beyond. The technological roadmaps are covering all applications under the scope of the partnership, with clear targets, milestones and indicators. These roadmaps collectively make up our Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA).”

Weidner Ronnefeld, E., Honselaar, M., Klassek, D., De Jong, F. and Gindroz, B. (2019). CEN - CENELEC - Sector Forum Energy Management – Working Group Hydrogen: 2018 update report. Publications Office of the European Union, Luxembourg, ISBN 978-92-76-10759-0 (online), JRC117765.

“The scope of the working group covered the production of hydrogen through electrolysis and the transportation, distribution and usage of pure hydrogen or hydrogen in natural gas dominant mixtures (H2NG). In addition, actions in cross-cutting fields such as safety and training of personnel were identified. These activities will help increase the societal acceptance of hydrogen, which is key to a successful market uptake. ”

Artigo de opinião da DECO Proteste (27 Agosto, 2019): Hidrogénio: Limpinho, limpinho

Os carros a hidrogénio "(...) são carros elétricos que, em vez de bateria, obtêm a energia desta célula de combustível alimentada a hidrogénio. (...) Enquanto as baterias demoram ainda muito tempo a carregar e ainda têm autonomia limitada, o depósito de hidrogénio pode ser abastecido em poucos minutos, de forma semelhante à que usamos para abastecer os atuais carros a gasolina ou diesel, e com uma autonomia semelhante. Ou seja, bastante maior do que a dos carros elétricos atuais."

UE (2019). Apoio da UE ao armazenamento de energia. Boletim informativo de Abril (em língua portuguesa).

• Este boletim informativo da União Europeia "realça desafios específicos que a UE enfrenta para assegurar que o seu apoio ao armazenamento de energia contribui eficazmente para os seus objetivos em matéria de energia e clima. (...) As tecnologias de armazenamento de energia", como por exemplo as pilhas de hidrogénio, "proporcionam uma resposta flexível aos desequilíbrios provocados pelo aumento da presença de fontes de energia renováveis variáveis, nomeadamente a solar e a eólica, na rede elétrica. Os combustíveis produzidos a partir de fontes renováveis, como a eletricidade renovável ou o hidrogénio, podem ajudar a reduzir as emissões dos transportes e o aperfeiçoamento da tecnologia de armazenamento de energia pode contribuir para o aumento do número de veículos que utilizam esses combustíveis", apresentando uma síntese de tecnologias que já estão disponíveis (ou em fase de desenvolvimento avançada) para armazenamento de energia. "Tendo em conta o papel fundamental do armazenamento de energia na realização de um sistema energético hipocarbónico, baseado principalmente em energias renováveis, o presente documento informativo descreve os principais desafios que se colocam ao desenvolvimento e à implantação do armazenamento de energia na UE."

Staffell, I., Scamman, D., Velazquez Abad, A., Balcombe, P., Dodds, P. E., Ekins, P., Shah, N., Ward, K. R. (2019). The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science.

• “This paper is a comprehensive review of the potential role that hydrogen could play in the provision of electricity, heat, industry, transport and energy storage in a low-carbon energy system, and an assessment of the status of hydrogen in being able to fulfil that potential. The picture that emerges is one of qualified promise: hydrogen is well established in certain niches such as forklift trucks, while mainstream applications are now forthcoming. Hydrogen vehicles are available commercially in several countries, and 225000 fuel cell home heating systems have been sold. ”

Glenk, Gunther & Reichelstein, Stefan. (2019). Economics of converting renewable power to hydrogen. Nature Energy. 10.1038/s41560-019-0326-1.

• Este artigo sugere que, face ao declínio acentuado no custo das energias renováveis, a produção de hidrogénio a partir de energia renovável através de um processo de power-to-gas, pode-se tornar mais económico. Os autores examinam alternativas, na perspectiva de um investidor que considere um sistema híbrido de energia que combina energia renovável com um sistema de energia eficiente. Relevam que a capacidade disponível pode ser optimizada em tempo real para aproveitar as flutuações nos preços da electricidade e geração de energia renovável. O modelo desenvolvido foi aplicado na Alemanha e no Texas, tendo revelado que o hidrogénio renovável já é competitivo em aplicações de nicho (€ 3,23 kg-1), embora ainda não o seja em termos industriais. Nas conclusões apontam para uma descida desse valor dentro de uma década (€ 2.50 kg − 1), a manterem-se as recentes tendências do mercado nos próximos anos.

E4tech (2019). The Fuel Cell Industry Review 2018 .

“The industry overall shipped about 4,000 more units than 2017, an increase of 145 MW. Total power shipped was just over 800 MW – 74,000 units. Two-thirds or so were in Japan, where Ene-farm has remained a stable market, and Toyota’s continued lead in vehicle shipments – another 3,000 or so Mirais were put into customer hands – means that Japan is well situated on the supply side. A little over 11,000 transport units were put into the market in total.”

I.C.Tolias et al (2018). Best practice guidelines in numerical simulations and CFD benchmarking for hydrogen safety applications.

Este documento visa colmatar "necessidades práticas de engenheiros de consultoria e empresas que realizam simulações de CFD ou que avaliam resultados de simulação de CFD em apoio a avaliações de risco/risco de instalações de hidrogénio, bem como as necessidades das autoridades reguladoras." O documento apresenta "[t]odos os aspectos cruciais das simulações numéricas, tais como a seleção dos modelos físicos, o desenho do domínio, a malha, as condições de contorno e a seleção de parâmetros numéricos", cobrindo "todos os fenómenos relativos à segurança do hidrogénio, isto é, libertação e dispersão, ignição, jacto de fogo, deflagração e detonação. Uma série de exercícios de benchmarking de CFD também são apresentados servindo como exemplos de estratégias de modelagem apropriadas."

Herib Blanco, Wouter Nijs, Johannes Ruf, André Faaij (2018). Potential for hydrogen and Power-to-Liquid in a low-carbon EU energy system using cost optimization. Applied Energy, vol. 232, pp 617-639:

• “This study assesses the role of these pathways across scenarios that achieve 80–95% CO2 reduction by 2050 (vs. 1990) using the JRC-EU-TIMES model. The gaps in the literature covered in this study include a broader spatial coverage (EU28+) and hydrogen use in all sectors (beyond transport). The large uncertainty in the possible evolution of the energy system has been tackled with an extensive sensitivity analysis. 15 parameters were varied to produce more than 50 scenarios. Results indicate that parameters with the largest influence are the CO2 target, the availability of CO2 underground storage and the biomass potential.”

Royal Society (2018). “Options for producing low-carbon hydrogen at scale”, The Royal Society, London.

• Neste brief a Royal Society sugere que a eletrólise poderá ser mais indicada para: abastecimento de veículos, e abastecimentos ‘off-grid’ do que para produção de hidrogénio centralizada em larga escala.

Hydrogen Council (2017). Hydrogen scaling up: a sustainable pathway for the global energy transition.

• Neste documento o Hydrogen Council, uma aliança entre grandes atores industriais para o desenvolvimento da economia do hidrogénio, apresenta a sua visão quanto ao papel que se pode esperar do hidrogénio.