Brasil tem potencial no hidrogênio verde

O Brasil tem vocação para produzir hidrogênio verde e pode se tornar, no longo prazo, exportador do combustível que entrou na pauta das principais empresas globais. A tecnologia tem sido considerada uma via eficiente para ajudar a descarbonizar principalmente o setor de transporte, responsável por um terço das emissões de gases efeito estufa (GEE) no mundo. Mas a indústria também começa a despertar para o novo combustível, que promete deixar a produção mais sustentável.

Ainda sem uso comercial para produção de energia, o hidrogênio é utilizado pela indústria química há mais de um século, produzindo fertilizantes e metanol, entre outros, mas a partir de combustível fóssil, sendo a forma mais barata através do gás natural. Nesse processo, o hidrogênio é conhecido como cinza. A partir do crescimento das fontes renováveis de energia foi possível obter o chamado hidrogênio verde, produzido com a energia de hidrelétricas, solar, eólica ou biomassa a partir de eletrólise (carga de energia para separação do hidrogênio).

A fonte ganhou ainda mais impulso após o anúncio da meta da União Europeia de se tornar neutra em emissão de carbono em 2050, o que será obtido através de subsídios e investimentos em novas tecnologias, que podem chegar a beneficiar o Brasil se o País conseguir avançar na produção do hidrogênio verde.

"Enquanto o Brasil ainda não conseguiu aprovar a Lei do Gás, a União Europeia está discutindo gasodutos de hidrogênio", alerta o ex-diretor geral da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) Decio Oddone, ressaltando que essa demora da discussão sobre hidrogênio no País está ligada à sua matriz energética limpa, puxada em boa parte pelo uso de biocombustíveis no transporte (biodiesel e etanol).

Ele avalia que se o candidato democrata Joe Biden vencer as eleições norte-americanas, provavelmente a emissão de carbono será taxada, acrescentando os Estados Unidos nessa corrida pelo hidrogênio e abrindo mais um mercado imenso para o Brasil nessa área.

A previsão é de que a tecnologia seja introduzida primeiramente no mercado brasileiro em transportes coletivos e caminhões, substituindo o diesel. Para isso, é necessário desenvolver a célula combustível de hidrogênio.

"A técnica já é bastante dominada pela reforma a gás natural para produzir hidrogênio (cinza). É feita no mundo inteiro em larga escala. Mas há opções renováveis como a eletrólise da água, e principalmente se utiliza energia elétrica renovável e a gaseificação ou biodigestão de biomassas para a produção, são dois temas que o Brasil tem um potencial muito grande", informa Paulo Emílio de Miranda, coordenador do Laboratório de Hidrogênio da Coppe/UFRJ e presidente da Associação Brasileira de Hidrogênio (ABH2).

Emissões

Desde 2005, a Coppe/UFRJ estuda o uso do hidrogênio em ônibus. Este ano, apresenta a quarta versão do modelo, já em fase pré-comercial. Um estudo da instituição demonstrou que se toda a frota de BRT do Rio de Janeiro (Transporte Rápido por Ônibus) fosse convertida para hidrogênio, o custo do novo combustível alcançaria paridade com o diesel já em 2025.

"E se você levar em conta os benefícios sociais e ambientais, já deveriam começar a usar antes", diz Miranda, explicando que o preço do diesel seria maior se incorporasse os prejuízos ambientais e sociais que ocasiona com as emissões de gás carbônico.

Um dos entraves para a adoção do hidrogênio no Brasil é justamente a grande diversidade de fontes limpas que o País já possui -- 43% da matriz energética e 83% da matriz elétrica --, incluindo na lista estudos para a célula combustível de etanol, um forte concorrente para a entrada comercial do hidrogênio no País.

Empresas globais como a Siemens também veem no hidrogênio uma opção. Na China, a empresa fechou parceria para fornecer seu primeiro sistema de produção para uma estação de abastecimento de hidrogênio verde em Pequim. No Brasil, o hidrogênio também poderá entrar nos planos da empresa no longo prazo, de acordo com o presidente da Siemens Energy, André Clark, que vê um potencial para exportação a partir do mercado brasileiro.

"O Brasil pode criar uma grande base de produção de hidrogênio perto de um parque eólico no Nordeste, por exemplo, e exportar sua energia renovável. Esse equacionamento tem muito a ver com geopolítica. A retomada verde da Europa pode beneficiar diretamente o Brasil", afirma Clark.

Denise Luna

Fonte: O Estado de S. Paulo

O que é hidrogênio?

O hidrogênio é o elemento químico mais leve do universo e é capaz de se ligar a outros átomos de hidrogênio, formando um gás que apresenta diversas utilizações

Imagem de Florencia Viadana no Unsplash

O hidrogênio é o elemento químico de menor massa atômica (1 u) e menor número atômico (Z=1) entre todos os elementos conhecidos até hoje. Apesar de estar posicionado no primeiro período da família IA (metais alcalinos) da Tabela Periódica, o hidrogênio não apresenta características físicas e químicas semelhantes aos elementos dessa família e, por isso, não faz parte dela. De uma forma geral, o hidrogênio é o elemento mais abundante de todo o universo e o quarto elemento mais abundante no planeta Terra.

O hidrogênio apresenta características únicas, ou seja, ele não se assemelha a nenhum outro elemento químico conhecido pelo ser humano. Comumente, o hidrogênio participa da composição de diversos tipos de substâncias orgânicas e inorgânicas, como o metano e a água Quando não faz parte de substâncias químicas, ele é encontrado exclusivamente na forma gasosa, cuja fórmula é H2.

No seu estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro e insípido. É uma molécula com grande capacidade de armazenar energia e por esse motivo sua utilização como fonte renovável de energia elétrica e térmica vem sendo amplamente pesquisada.

Descoberta do hidrogênio

Em meados do século XVI, Pareselsvs resolveu colocar alguns metais em reação com ácidos, e acabou obtendo o hidrogênio. Embora testado anteriormente, Henry Cavendish conseguiu separar o hidrogênio dos gases inflamáveis e o considerou um elemento químico em 1766.

Não ser um metal e muito menos um ametal compõe a sua peculiaridade na Tabela Periódica. Em 1773, Antoine Lavoisier deu ao componente químico o nome de hidrogênio, que deriva do grego hydro e genes, e significa gerador de água.

Hidrogênio na natureza

• O hidrogênio faz parte da composição química de diversas substâncias orgânicas (proteínas, carboidratos, vitaminas e lipídios) e inorgânicas (ácidos, bases, sais e hidretos);
• No ar atmosférico, está presente no formato gasoso, representado pela forma molecular H2, que se forma através da ligação covalente entre dois átomos de hidrogênio;
• O hidrogênio também compõe as moléculas de água, importante recurso para a vida.

Fontes de hidrogênio

Na Terra, o hidrogênio não é encontrado em sua forma mais pura, e sim na forma combinada (hidrocarbonetos e derivados). Por esse motivo, o hidrogênio deve ser extraído de diversas fontes. As principais fontes de hidrogênio são:

• Gás Natural;
• Etanol;
• Metanol;
• Água;
• Biomassa;
• Metano;
• Algas e Bactérias;
• Gasolina e Diesel.

Características do hidrogênio atômico

• Possui três isótopos (átomos de mesmo número atômico e diferentes números de massa), sendo eles o prótio (1H1), deutério (1H2) e o trítio (1H3);
• Apresenta apenas um nível eletrônico;
• Possui um único próton em seu núcleo;
• Possui apenas um elétron em seu nível eletrônico;
• O número de nêutrons depende do isótopo - prótio (0 nêutrons), deutério (1 nêutron) e trítio (2 nêutrons);
• Possui um dos menores raios atômicos da Tabela Periódica;
• Possui maior eletronegatividade que qualquer elemento metálico;
• Possui maior potencial de ionização que qualquer elemento metálico;
• É um átomo capaz de se transformar em um cátion (H+) ou um ânion (H-).

A estabilidade do átomo de hidrogênio é alcançada quando ele recebe um elétron na camada de valência (a camada mais externa de um átomo). Em ligações iônicas, o hidrogênio interage exclusivamente com um metal, ganhando um elétron dele. Já em ligações covalentes, o hidrogênio compartilha seu elétron com um ametal ou com ele mesmo, formando ligações simples.

Características do hidrogênio molecular (H2)

• Em temperatura ambiente, é sempre encontrado no estado gasoso;
• É um gás inflamável;
• Seu ponto de fusão é de -259,2°C;
• Seu ponto de ebulição é de -252,9°C;
• Possui massa molar igual a 2 g/mol, sendo o gás mais leve;
• Apresenta uma ligação covalente sigma, tipo s-s, entre os dois átomos de hidrogênio envolvidos;
• Entre os átomos, existe compartilhamento de dois elétrons;
• Possui geometria molecular do tipo linear;
• Suas moléculas são apolares;
• Suas moléculas interagem por meio de forças dipolo induzido.

O hidrogênio molecular possui grande afinidade química com diversos compostos. Essa propriedade diz respeito à capacidade que uma substância tem de reagir com a outra, pois mesmo se duas ou mais substâncias forem colocadas em contato, mas não houver afinidade entre elas, não ocorrerá a reação. Desse modo, ele participa de reações como hidrogenação, combustão e simples troca.

Formas de obtenção do hidrogênio molecular (H2)

Método físico

O hidrogênio molecular pode ser obtido a partir do ar atmosférico, já que é um dos gases presentes nessa mistura. Para isso, é necessário submeter o ar atmosférico ao método de liquefação fracionada e, em seguida, à destilação fracionada.

Método químico

O hidrogênio molecular pode ser obtido por meio de reações químicas específicas, como:

Simples troca: reação na qual um metal não nobre (Me) desloca o hidrogênio presente em um ácido inorgânico (HX), formando um sal qualquer (MeX) e o hidrogênio molecular (H2):

Me + HX → MeX + H2

Hidratação do carvão coque (subproduto do carvão mineral): nessa reação o carbono (C) do carvão interage com o oxigênio da água (H2O), formando monóxido de carbono e o gás hidrogênio:

C + H2O → CO + H2

Eletrólise da água: quando a água é submetida ao processo da eletrólise, ocorre a formação dos gases oxigênio e hidrogênio:

H2O(l) → H2(g) + O2(g)

Utilidades do hidrogênio

• Combustível para foguetes ou carros;
• Maçaricos de arco voltaico (utilizam energia elétrica) para cortar metais;
• Soldas;
• Sínteses orgânicas, mais precisamente em reações de hidrogenação de hidrocarbonetos;
• Reações orgânicas que transformam gorduras em óleos vegetais;
• Produção de haletos de hidrogênio ou ácidos hidrogenados;
• Produção de hidretos metálicos, como o hidreto de sódio (NaH).

Bomba de hidrogênio

A bomba de hidrogênio, bomba H, ou bomba termonuclear é a bomba atômica que tem o maior potencial de destruição. Seu funcionamento decorre de um processo de fusão nuclear, motivo pelo qual também pode ser chamada de bomba de fusão.

A explosão de uma bomba de hidrogênio decorre do processo de fusão, o qual acontece sob temperaturas altíssimas, aproximadamente 10 milhões de graus Celsius. O processo de produção dessa bomba se inicia com a união dos isótopos do hidrogênio, chamados de prótio, deutério e trítio. A junção dos isótopos de hidrogênio faz com que o núcleo do átomo gere ainda mais energia, isso porque são formados núcleos de hélio, cuja massa atômica é 4 vezes maior do que a do hidrogênio.

Assim, o núcleo que era leve passa a ser pesado. Por isso, o processo de fusão nuclear é milhares de vezes mais violento do que o de fissão. A força de uma bomba de hidrogênio pode chegar a 10 milhões de toneladas de dinamites, liberando material radioativo e radiação eletromagnética em um nível muito superior ao das bombas atômicas.

O primeiro teste de uma bomba de hidrogênio, em 1952, liberou uma quantidade de energia equivalente a cerca de 10 milhões de toneladas de TNT. Vale ressaltar que esse tipo de reação é a fonte de energia das estrelas como o Sol. Ele é composto de 73% de hidrogênio, 26% de hélio e 1% de outros elementos. Isso é explicado pelo fato de ocorrerem reações de fusão em seu núcleo, em que átomos de hidrogênio se fundem originando átomos de hélio.

Curiosidades sobre o hidrogênio

• O hidrogênio molecular é mais leve que o ar e foi utilizado em dirigíveis rígidos pelo conde alemão Ferdinand von Zeppelin, daí o nome dos dirigíveis;
• O hidrogênio molecular pode ser sintetizado por algumas bactérias e algas;
• O hidrogênio pode ser utilizado na produção de combustível de energia limpa;
• O gás metano (CH4) é uma fonte de hidrogênio de crescente importância.

Hidrogênio verde: um combustível cheio de potencial para salvar o clima

No sentido da sustentabilidade e da preservação do meio ambiente, “hidrogênio verde" é um termo utilizado para se referir ao hidrogênio obtido a partir de fontes renováveis, em um processo no qual não haja a emissão de carbono. Diferente dos combustíveis fósseis, o aproveitamento energético do hidrogênio raramente se dá por sua combustão, mas sim por meio de uma transformação eletroquímica, realizada em células conhecidas como células a combustível.

Nesses equipamentos, o oxigênio existente na atmosfera se combina com o hidrogênio, produzindo energia elétrica e água. Ou seja, o processo de geração de energia por meio de células a combustível em si não impacta o meio ambiente, razão pela qual pode-se classificá-lo como sendo um processo limpo.

Usina na Califórnia converte lixo em hidrogênio ecológico e barato

Planta energética será capaz de produzir até 11.000 kg de H2 por dia, ou 3,8 milhões de kg por ano, enquanto processa até 42.000 toneladas de resíduos por ano.

Imagem: SGH2/Divulgação

A cidade de Lancaster, na Califórnia, abrigará uma planta de conversão de lixo em hidrogênio que promete ser ainda mais ecológica que as já existentes - e com três vezes o tamanho de qualquer outra instalação do tipo. A SGH2 diz que seu processo é o mais limpo de todos os disponíveis no mercado, com um preço compatível com o dos produtores mais baratos e capaz de retirar dezenas de milhares de toneladas de lixo dos aterros sanitários.

O hidrogênio tem se mostrado uma opção capaz de suprir a demanda energética dos países no futuro. Japão e Coréia, em particular, estão fazendo grandes movimentos e enormes investimentos para colocar em funcionamento esse formato de armazenamento de energia com zero emissões locais.

A produção de hidrogênio pode variar do relativamente verde (eletrólise de água doce usando energia solar ou eólica) ao profundamente imundo (gaseificação de carvão marrom) - e os processos mais sujos são de longe os mais baratos. Adicionar captura e sequestro de carbono a processos poluidores faz com que fiquem mais caros.

Isso é o que torna o projeto SGH2 tão interessante: a empresa alega ser possível transformar o lixo que iria para aterros sanitários em um hidrogênio super-verde e com um preço acessível.

Segundo um comunicado recente, a cidade de Lancaster sediará e será co-proprietária da planta SGH2 Lancaster, que será capaz de produzir até 11.000 kg de H2 por dia, ou 3,8 milhões de kg por ano, enquanto processa até 42.000 toneladas de resíduos por ano. Além disso, transformar lixo em um combustível limpo também deve trazer uma economia de US$ 2,1 a 3,2 milhões em custos de aterros por ano.

"Somos a única empresa no mundo a fornecer um hidrogênio verde que é competitivo em termos de custo com o hidrogênio mais barato e mais sujo, feito de carvão e gás", diz o Dr. Robert Do, CEO da SGH2. "Nossa tecnologia pode ser dimensionada rapidamente e produzir combustível 24/7, durante todo o ano".

Como funciona

O processo, desenvolvido pela empresa-mãe da SGH2, Solena, utiliza tochas de plasma de alta temperatura, que geram temperaturas entre 3.500 e 4.000 °C. Esse calor iônico, com gás enriquecido com oxigênio, catalisa uma "dissociação molecular completa de todos os hidrocarbonetos" em qualquer combustível com o qual a usina tenha sido alimentada e, à medida que sobe e começa a esfriar, forma "uma qualidade muito alta de hidrogênio", o chamado bio-syngas, um gás livre de alcatrão, fuligem e metais pesados.

O processo aceita uma grande variedade de fontes de resíduos, incluindo papel, pneus velhos, têxteis e principalmente plásticos, que podem ser manuseados com muita eficiência sem subprodutos tóxicos. O bio-syngas sai do topo de uma câmara de plenum e é enviado para uma câmara de resfriamento, seguido por um par de lavadores de ácido para remover o material particulado.

Um compressor centrífugo limpa ainda mais a corrente de gás, deixando uma mistura de hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Isso é executado através de um reator de deslocamento água-gás que adiciona vapor de água e converte o monóxido de carbono em dióxido de carbono e mais gás hidrogênio. Os dois gases são então separados, capturando todo o CO2 à medida que o hidrogênio sai do outro lado.

Uma análise de carbono do ciclo de vida do Berkeley Lab concluiu, diz SGH2, que cada tonelada de hidrogênio produzido por esse processo reduz as emissões entre 23 e 31 toneladas de CO2 equivalente - presumivelmente contando as emissões que seriam criadas se o lixo fosse queimado em vez de convertido em hidrogênio. Isso corresponde a algo entre 13 e 19 toneladas a mais de dióxido de carbono evitado do que qualquer outro processo de produção de hidrogênio verde.

Além disso, enquanto a eletrólise requer cerca de 62 kWh de energia para produzir um quilograma de hidrogênio, o processo da Solena é positivo em termos de energia, gerando 1,8 kWh por kg de hidrogênio, o que significa que a usina gera sua própria eletricidade e não requer energia externa.

A instalação será montada em uma área de 5 acres, em uma zona industrial de Lancaster, empregará 35 pessoas em período integral e criará cerca de 600 empregos na construção. A SGH2 espera começar a operação no primeiro trimestre de 2021 e alcançar o status operacional completo até 2023. A empresa está em negociações com os "maiores proprietários e operadores de estações de reabastecimento de hidrogênio da Califórnia" para comprar toda a produção da planta por um período de 10 anos.

A SGH2 diz que demonstrou a tecnologia em um projeto de sete anos em tamanho real na Pensilvânia, agora desmontado, e em uma instalação de teste de tocha de plasma na República Tcheca. A empresa diz que a tecnologia "foi examinada e validada, técnica e financeiramente, pelas principais instituições globais, incluindo o Banco de Exportação e Importação dos EUA, Barclays e Deutsche Bank e especialistas em gaseificação da Shell New Energies". No entanto, de acordo com a Power Magazine, ainda não levantou os US$ 55 milhões necessários para construir a usina.

Os números que o SGH2 apresenta são muito atraentes. No entanto, não temos certeza de qual metodologia foi usada para calcular os custos de produção, porque eles certamente não coincidem com os números deste estudo de custo de produção de hidrogênio de 2019, que mostra vários métodos de produção que estão abaixo dos US$ 2 por kg e eletrólise fotovoltaica solar custando apenas US$ 5,78 por kg. Talvez a tabela SGH2 inclua os custos de capital da construção de cada instalação.

De qualquer forma, o preço do hidrogênio na bomba precisa cair em torno de US$ 8 por kg antes de corresponder aproximadamente ao custo por quilômetro da gasolina, assumindo US$ 3,50 / galão (de acordo com a California Fuel Cell Partnership). Um preço de produção em torno de US$ 2 por kg deve tornar isso eminentemente possível.

Se o hidrogênio tende a ser uma parte substancial da nova economia de energia - o que teve acontecer pelo menos no Japão e na Coréia -, sua produção a partir do lixo parece uma maneira econômica e super ecológica, ao mesmo tempo em que reduz a pressão sobre aterros e a disposição de plásticos difíceis. A empresa diz estar em negociações para projetos similares na França, Arábia Saudita, Ucrânia, Grécia, Japão, Coréia do Sul, Polônia, Turquia, Rússia, China, Brasil e Austrália.

Fonte: New Atlas

Observar a natureza pode ajudar a produzir hidrogênio mais barato

Cientistas da Universidade Nacional da Austrália observaram um estágio chave no processo de fotossíntese que pode ser copiado para aumentar bastante a eficiência dos processos de separação de água movidos a energia solar usados ​​para produzir hidrogênio.

Muitos dos processos que avançam para a comercialização da produção de hidrogênio usam eletricidade renovável para alimentar um eletrolisador de divisão de água. - Foto: Siemens

A capacidade de produzir hidrogênio de forma limpa, separando a água, é uma tecnologia essencial para a transição energética e, portanto, uma área importante para a pesquisa científica.

Muitos dos processos que avançam para a comercialização usam eletricidade renovável para alimentar um eletrolisador de divisão de água. Outros, no entanto, buscam inspiração na natureza e tentam imitar os processos fotossintéticos aperfeiçoados pelas plantas para evitar o estágio de geração de eletricidade e criar hidrogênio diretamente da luz solar e da água.

Cientistas da Universidade Nacional da Austrália (ANU) e do Instituto Max Planck para a Conversão de Energia Química na Alemanha dizem ter identificado um processo de fotossíntese que permite às plantas dividir a água. Sua pesquisa, publicada em Proceedings da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, descreve o uso de uma técnica chamada espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica para criar imagens em 3D da área onde a reação ocorre. Os cientistas descobriram que permitir que um espaço enzimático "respire" melhorou a eficiência do processo, impedindo que a água fosse inserida muito cedo no ciclo da reação.

Concertina

"No meio do seu ciclo de reação, a enzima desenvolve a capacidade de se esticar como um acordeão, o que permite que a absorção ordenada da água inicie o processo de divisão", disse Maria Chrysina, pesquisadora do Instituto Max Planck. "Copiar esse processo natural levaria a novas e melhores tecnologias de armazenamento de energia renovável".

Segundo os pesquisadores, sem esse processo para regular a absorção de água, mais moléculas de oxigênio reativas podem ser liberadas, o que dificulta o processo de divisão. Em breve, a ANU terá uma nova instalação de espectroscopia eletrônica de ressonância paramagnética em seu campus em Canberra, o que, segundo ele, permitirá novos avanços em vários campos científicos.

No início deste ano, cientistas da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, na Suíça, anunciaram planos para a comercialização de outra técnica de combustível solar, desta vez alimentada pela concentração de luz solar em uma pequena célula fotovoltaica feita de materiais III-V. - assim chamado em referência à sua localização na tabela periódica de elementos.

Remova o hidrogênio para obter melhor desempenho da bateria

Cientistas da Universidade de Santa Barbara, na Califórnia, descobriram, enquanto trabalhavam com baterias de íon sódio, que a presença involuntária de hidrogênio é a raiz de muitos defeitos da tecnologia em termos de degradação e perda de desempenho. Ao impedir que o hidrogênio acesse materiais durante a produção, as baterias de íons de sódio podem atingir níveis de desempenho comparáveis ​​aos de seus equivalentes de íons de lítio.

Potência do RCT

À medida que a fabricação de baterias de íon-lítio continua a crescer exponencialmente, os problemas em potencial com o fornecimento de materiais, como o lítio, estão se tornando cada vez mais importantes.

E embora a reciclagem provavelmente reduza o impacto de uma possível escassez, as baterias feitas de materiais mais abundantes podem ser mais baratas e mais ecológicas.

A substituição do lítio pelo sódio é uma opção frequente entre muitos pesquisadores. E, embora tentativas de comercializar essa tecnologia estejam em andamento, as baterias de sódio tendem a se degradar e perder sua capacidade ainda mais rapidamente do que as tecnologias de lítio. Como a tecnologia de íons de lítio já apresenta um problema de degradação e perda de desempenho, pode ser difícil mudar para uma química conhecida para obter níveis de degradação ainda mais rápidos.

Em um novo artigo publicado na revista Chemistry of Materials, cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Barbara (UCSB) acreditam que grande parte da degradação do óxido de sódio e manganês, um material catódico comum, é causada pela presença de hidrogênio nos materiais.

Eles também teorizam que mecanismos semelhantes podem afetar adversamente o desempenho das baterias de íon-lítio, embora sejam necessárias mais pesquisas para comprová-lo.

Como o elemento mais abundante no universo conhecido, o hidrogênio pode penetrar nos materiais em muitos estágios de fabricação e seus efeitos em vários materiais usados ​​em energia renovável são uma importante área de pesquisa. Os cálculos do UCSB mostram que a presença de hidrogênio na camada de óxido de manganês reduz a quantidade de energia necessária para que os átomos de manganês se quebrem e se dissolvam.

"Os átomos de hidrogênio e o hidrogênio muito pequenos e reativos são um contaminante comum nos materiais", disse Chris Van de Walle, cientista da computação da Universidade da Califórnia em Santa Barbara. "Agora que seu impacto negativo é conhecido, medidas podem ser tomadas na fabricação e encapsulamento de baterias para eliminar a incorporação de hidrogênio, o que deve levar a um melhor desempenho".

Elimine o hidrogênio para melhorar o desempenho da bateria, dizem os cientistas

Cientistas da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, que estão trabalhando com baterias de íons de sódio, descobriram que a presença não intencional de hidrogênio é responsável por muitas das deficiências da tecnologia em termos de degradação e perda de desempenho. Manter o hidrogênio fora dos materiais durante a produção pode permitir que as baterias de íons de sódio atinjam níveis de desempenho que competem com as contrapartes de íons de lítio.

Fábrica de baterias na China. Tomar medidas para evitar a adição de hidrogênio aos materiais das baterias durante a produção pode melhorar seu desempenho a longo prazo, de acordo com cálculos baseados na tecnologia de íons de sódio. Imagem: RCT Power

Como a fabricação de baterias de íons de lítio continua a crescer exponencialmente, os problemas potenciais com o fornecimento dos materiais necessários para as baterias, incluindo o próprio lítio, tornam-se mais proeminentes. E, embora a reciclagem provavelmente diminua o impacto, as baterias feitas de materiais mais abundantes poderiam ser mais baratas e mais ecológicas.

Substituir o lítio por sódio é uma opção favorecida por muitos na comunidade de pesquisa. E enquanto tentativas tentativas de comercializar esta tecnologia estão em andamento, as baterias de sódio tendem a degradar e perdem sua capacidade ainda mais rapidamente que as tecnologias de lítio. Como a degradação e a perda de desempenho já são um problema na tecnologia de lítio-íon, mudar para uma química que se degrada ainda mais rapidamente pode se tornar uma venda difícil.

Em um novo artigo publicado na revista Chemistry of Materials, cientistas da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (UCSB) calculam que grande parte da degradação do óxido de manganês sódico, um material comum do cátodo, é causada pela presença de hidrogênio nos materiais. . Eles também teorizam que mecanismos semelhantes poderiam afetar negativamente o desempenho das baterias de íons de lítio, embora mais pesquisas sejam necessárias para provar isso.

Como o elemento mais abundante no universo conhecido, o hidrogênio pode entrar nos materiais em muitos estágios de fabricação, e seus efeitos em vários materiais usados ​​em fontes renováveis ​​são uma importante área de pesquisa. Os cálculos da UCSB mostram que a presença de hidrogênio na camada de óxido de manganês reduz a quantidade de energia necessária para que os átomos de manganês se soltem e se dissolvam.

“Como os átomos de hidrogênio são tão pequenos e reativos, o hidrogênio é um contaminante comum nos materiais. explicou Chris Van de Walle, um cientista de materiais computacionais da UC Santa Barbara. "Agora que seu impacto negativo foi sinalizado, medidas podem ser tomadas durante a fabricação e o encapsulamento das baterias para suprimir a incorporação de hidrogênio, o que deve levar a um melhor desempenho".

Hidrogênio verde une gás natural em oleodutos australianos

A gigante de gás canadense ATCO revelou seu Hub de Energia Limpa em Jandakot, que irá explorar o potencial do hidrogênio para uso doméstico em aparelhos a gás. No mesmo dia, o governo da Austrália Ocidental lançou uma estratégia de hidrogênio renovável e anunciou a criação de um fundo de hidrogênio verde de US$ 10.

O Hub de Inovação em Energia Limpa irá integrar o hidrogênio “verde” criado pela electrólise da água - utilizando a energia solar para separar as moléculas de hidrogênio da água. Imagem: ARENA

O Clean Energy Innovation Hub, operador de rede de gás de propriedade do Canadá, que investiu US $ 3,6 milhões, encarregado de investigar o papel potencial do hidrogênio no futuro mix energético, foi oficialmente revelado em Jandakot na quinta-feira. No mesmo dia, o governo da Austrália Ocidental lançou uma estratégia para estabelecer rumos para o futuro do hidrogênio renovável do estado.

As instalações da ATCO possuem uma microrrede, compreendendo aproximadamente 1100 painéis solares, capazes de gerar 300kW de potência e 400kWh de baterias. Com o sistema fotovoltaico capaz de produzir dois volumes médios, os requisitos de energia diários das instalações, o excesso de energia solar é parcialmente armazenado em baterias, enquanto o restante é usado para alimentar um eletrolisador e produzir hidrogênio. O hidrogênio é armazenado como combustível para um gerador de reserva ou misturado com gás natural.

Além de testar o uso de hidrogênio em diferentes configurações e aplicações, inclusive em eletrodomésticos, o hub da Jandakot fornecerá insights para otimizar as soluções de armazenamento e distribuição de hidrogênio, misturando hidrogênio com gás natural e usando hidrogênio como combustível de equilíbrio para suportar a rede. O projeto foi sustentado por US$ 1,5 milhão em financiamento da Agência Australiana de Energia Renovável (ARENA).

"É muito encorajador ver o setor investindo em novas tecnologias e auxiliando na pesquisa para um futuro energético mais limpo e mais verde na Austrália Ocidental", disse o ministro da Energia, Bill Johnston. "O governo McGowan está avançando com reformas para modernizar a estrutura e o design do mercado de energia da Austrália Ocidental para fornecer energia mais limpa e mais acessível a todos os consumidores".

Na última medida, o governo da WA lançou sua Estratégia de Hidrogênio Renovável buscando posicionar o estado como um grande produtor e exportador de hidrogênio renovável. Para apoiar projetos em terra, o governo estabeleceu um Fundo de Hidrogênio Renovável de US$ 10 milhões para facilitar o investimento do setor privado na indústria de hidrogênio renovável.

Com suas vastas fontes de energia renovável, incluindo energia solar e eólica, grande massa de terra, um forte setor de exportação de energia existente e proximidade com a Ásia, a WA está bem posicionada para explorar importantes mercados de hidrogênio, como o Japão e a Coréia. A estratégia do governo define quatro áreas de foco estratégico: exportação, aplicações em indústrias localizadas remotamente, mistura de hidrogênio em redes de gás natural e transporte usando veículos elétricos movidos a célula de combustível.

"Este [hidrogênio] é uma grande oportunidade para a WA, mas não ocorrerá sem investimentos significativos e prazos de entrega: essa estratégia e nosso Fundo de Hidrogênio Renovável são os primeiros passos nesse caminho", disse a ministra do Desenvolvimento Regional, Alannah MacTiernan. “Precisamos construir nosso mercado interno de hidrogênio e nossa base de habilidades, para impulsionar a transição para as indústrias existentes e aproveitar essa oportunidade para a economia da WA, apoiando empregos regionais e crescimento.”

A estratégia da WA segue o lançamento de um documento similar em Queensland. Sob sua estratégia de hidrogênio de US$ 19 milhões , o governo estadual disponibilizou recursos para uma linha de novos projetos de hidrogênio em todo o estado. Enquanto isso, a estratégia nacional de hidrogênio do governo federal se aproximou com a divulgação de documentos de consulta.

Este pode ser um ano decisivo para as energias renováveis ​​no setor de mineração

Como uma das indústrias com maior consumo de energia, o setor de recursos está levando a sério o acréscimo de energia solar e eólica barata em seu mix, para impulsionar os retornos. Embora ainda predominantemente sustentado por gás ou diesel, as operações da mina estão implantando cada vez mais soluções híbridas, destacando o potencial das energias renováveis ​​- particularmente devido à construção de momentum para o hidrogênio verde desempenhar um papel nas futuras micro-redes.

Embora os obstáculos ainda precisem ser superados, o hidrogênio poderia desempenhar um papel fundamental no fornecimento de recursos. Imagem: Roy Luck / Flickr

Enquanto a maioria das operações de mineração continua a depender da energia convencional - principalmente energia de combustível fóssil da rede, gás canalizado ou diesel fora da rede - o momento está se preparando para uma transição energética. Além de sinalizar uma intenção de reduzir as emissões de combustíveis fósseis ou, como é o caso da Rio Tinto, abandonar completamente o carvão, as empresas de mineração estão levando a sério a integração de energias renováveis ​​em seu mix energético para reduzir os gastos.

“As minas estão mais interessadas em soluções que possam reduzir os custos e as emissões de carbono”, disse Dave Manning, chefe global do híbrido para desenvolvedor de renováveis ​​Juwi. “As opções mais avançadas para fornecer isso são sistemas híbridos que integram energia solar, eólica e baterias com geradores a diesel, a gás ou a óleo pesado, sem comprometer a confiabilidade ou a qualidade da energia”.

No mês passado, o projeto australiano de referência da Juwi na mina DeGrussa alcançou sua meta anual de geração um mês antes. A instalação Sandfire DeGrussa consiste em um projeto fotovoltaico de rastreamento de 10,6 MW e uma bateria de 6 MW acoplada a um sistema de controle híbrido que a Juwi desenvolveu e construiu e que está operando e mantendo desde 2016. “Isso confirma que sistemas híbridos reduzem custos sem comprometer o poder confiabilidade e segurança do sistema ”, disse Manning.

Uma nova solução

No setor de mineração australiano, a implantação de sistemas híbridos de energia renovável parece estar ganhando força. Apenas no mês passado, foram anunciados planos para duas grandes microrredes híbridas alimentadas por energia solar, eólica e baterias em locais remotos à margem da rede elétrica da Austrália Ocidental. Uma delas é a microgrid híbrida Agnew, a ser implantada em uma mina de ouro no norte de Goldfields e consistindo de uma fazenda solar de 4 MW, instalação de energia eólica de 18 MW e 13 MW / 4 MWh ao lado de uma usina a gás de 16 MW. . O projeto será entregue pelo desenvolvedor de energia distribuída EDL com a Juwi.

Em um cenário de crescente pressão de consumidores, investidores e reguladores que pressionam por uma transição energética, o principal fator que sustenta a economia de microrredes híbridas em minas - bem como no cenário comercial e industrial - é o rápido declínio dos custos de renováveis ​​e de armazenamento. “ Na ausência de precificação de carbono ou esquemas de suporte robusto para renováveis ​​em mineração; a energia solar, o vento e a bateria tinham que se sustentar comercialmente desde o começo ”, disse Manning, da Juwi.

À medida que as microrredes de mineração se desenvolvem em tamanho e complexidade, a integração ininterrupta de renováveis ​​no local apresenta uma barreira menor à adoção. Na Cúpula de Energia e Minas da Austrália, em Perth, no mês passado, o desenvolvedor alemão lançou o IQ híbridoJ uwi , que permite que energias renováveis, baterias e novas tecnologias, como o hidrogênio, sejam integradas às operações de mineração. No núcleo do sistema está um controlador de micro-grade e sistema SCADA que incorpora ativos de geração e distribuição de energia solar, eólica e de bateria a gás, diesel, óleo combustível pesado e até mesmo geradores de hidrogênio. Além disso, o QI híbrido J uwi também inclui tecnologias de ativação, como previsão de nuvens e eólicas. 

Enquanto sua nova solução é projetada para integrar o hidrogênio em microrredes de mineração, Juwi ainda vê obstáculos à frente. “ Neste momento, no entanto, os custos dos eletrolizadores e células combustíveis são altos demais para competir com combustíveis tradicionais ou baterias”, acrescentou Manning. Ele disse que também há uma falta de experiência no uso de hidrogênio com outros combustíveis em motores alternativos ou turbinas a gás.

Hidrogênio verde nas minas

No entanto, o caso do hidrogênio é conhecido há muito tempo, com a Austrália entre as nações mais bem colocadas para transformar o hype em realidade. Ao declarar 2019 como um ano crítico para o hidrogênio , a Agência Internacional de Energia disse que o combustível estava desfrutando de um impulso sem precedentes em todo o mundo e poderia finalmente ser colocado em um caminho para cumprir seu potencial de longa data como uma solução de energia limpa. Somando-se a esse ímpeto, o Conselho de Governos Australianos reunido entre membros eleitos estaduais e nacionais na semana passada divulgou documentos de consulta sobre uma estratégia nacional de hidrogênio e está buscando submissões da indústria e da comunidade.

No setor de mineração, o hidrogênio tem um enorme potencial, inclusive para substituição de combustíveis, integração de fontes renováveis ​​e fornecimento de energia. De acordo com Gus Nathan, diretor do Centro de Tecnologia de Energia da Universidade de Adelaide, uma das principais aplicações potencialmente de alto valor é o deslocamento de diesel em minas subterrâneas.

Em tais operações, disse Nathan, o hidrogênio traria um duplo benefício - substituir o diesel e reduzir os custos de ventilação. " No entanto, enquanto alguns desses veículos estão surgindo no mercado, há pouca experiência em estabelecer sistemas completos com confiabilidade comprovada " , disse ele. Ele acredita que os marcos-chave para o hidrogênio nas minas será a demonstração de sistemas operacionais confiáveis ​​e uma compreensão mais profunda da cadeia de valor total.

Especialista diz que carros elétricos serão ultrapassados ​​por carros a hidrogênio

O segmento automóvel moderno ainda não está definido, embora esteja já bastante esboçado. Quer isto dizer que os carros elétricos são vistos como o futuro mas nem todos têm essa opinião. Segundo um executivo da Continental, os carros elétricos com baterias são muito limitados. Desta forma, estas limitações irão abrir portas aos veículos movidos a hidrogênio.

As vozes a favor das células de combustível a hidrogênio ainda mantêm “certezas” quanto ao futuro do mercado automóvel.

Carros de hidrogênio ultrapassarão carros elétricos, diz especialista

Segundo Felix Gress, diretor de comunicações corporativas da Continental, os carros elétricos representam uma baixa relação custo-benefício em comparação às alternativas a gasolina ou diesel. Este executivo, em declarações a uma plateia na Alemanha, acrescentou que os carros elétricos com baterias são muito limitados e têm uma relação qualidade/preço mais baixa do que os modelos a gasolina ou diesel. Além disso, afirma que a partir de 2030 os carros serão movidos a hidrogênio.

Para os clientes, será difícil aceitar um carro deste tipo no mercado: pagam um preço mais alto e recebem menos de um carro, então será uma venda difícil. A célula de combustível ainda não está pronta para funcionar. Até 2030, vamos ver a sua implementação, especialmente em carros de passageiros, que viajam longas distâncias, e camiões.

Referiu Gress.

Além destas declarações, Gress salienta que os fabricantes agora devem concentrar-se no desenvolvimento de carros elétricos para reduzir as emissões e cumprir os novos regulamentos anti poluição em muitos mercados, já que muitos países estão a considerar limitar ou mesmo proibir a venda de carros movidos a gasolina e a diesel, dentro de uns anos.

Apesar disso, o executivo adverte que os utilizadores provavelmente não compram carros elétricos em grandes quantidades devido às suas limitações inerentes:

A tecnologia de baterias, de acordo com as nossas estimativas, tem os seus limites.

Segundo Gress, as baterias não são capazes de fornecer a autonomia necessária para algumas pessoas. Além disso, ele confirmou que a Continental está a considerar investir na tecnologia das células de combustível a hidrogênio.

Baterias elétricas ou células de combustível?

Este tipo de discussão e argumentação tem recebido apoios de lado a lado. Assim, vozes discordantes com esta visão de futuro defendem a rápida evolução das baterias. Desta forma, teremos em breve baterias mais baratas em comparação com as células de combustível.

De acordo com as estimativas dos fabricantes, até ao ano 2025 já serão produzidas em grande quantidade baterias sólidas de eletrólito, que permitirão aos carros elétricos usufruir de maiores autonomias. Além disso, haverá um acesso a maiores potências de carga, o que resultará em menores tempos de “reabastecimento”.

Para pender a balança para o lado das baterias elétricas, deve ser adicionada a menor eficiência da célula a combustível. Neste caso, a eletricidade usada para gerar hidrogênio poderia ser usada diretamente para carregar uma bateria com menores perdas, já para não falar no armazenamento.

Fonte/Imagem: Auto Express

Relatório 'Futuro do Hidrogênio' da IEA traça um caminho através de ilhas movidas a combustíveis fósseis

A reunião do G20 de ministros de meio ambiente e energia no fim de semana em Karuizawa, no Japão, saiu em grande parte a favor da adoção de tecnologias de energia com emissões mais baixas. Isso significa carvão mais limpo, assim como o desenvolvimento de hidrogênio verde movido a energia solar e eólica.

O hidrogênio verde pode ser produzido por eletrólise a partir de qualquer fonte de energia de baixo custo. Imagem: Siemens.

Um relatório da Agência Internacional de Energia sobre o Futuro do Hidrogênio foi divulgado na Reunião Ministerial do G20 sobre Transições de Energia e o Ambiente Global para o Crescimento Sustentável, realizada em Karuizawa, no Japão, no final de semana. Ele oferece uma perspectiva positiva para o desenvolvimento de hidrogênio verde usando fontes de energia renováveis, como a solar.

O relatório foi acompanhado pelo ministro de Economia, Comércio e Indústria do Japão, Hiroshige Seko, reafirmando o compromisso de seu país com tecnologias de carvão limpo, como captura e armazenamento de carbono (CCS) e captura e utilização de carbono (CCU).

"É inevitável que, em alguns países, o carvão térmico seja usado", disse Seko. “A energia térmica do carvão do Japão, comparada com a energia térmica convencional do carvão, tem menos emissões de dióxido de carbono e devemos fornecer e implementá-lo nos países em desenvolvimento.”

Foi no mesmo espírito que o Ministro Seko assinou um Memorando de Cooperação com Angus Taylor, Ministro da Energia e Redução de Emissões da Austrália, para promover comércio e investimento, apoiar pesquisa e inovação, e enfrentar desafios de segurança energética, confiabilidade e acessibilidade?

Hidrogênio, preto ou verde?

Não há dúvida de que o desenvolvimento de tecnologias de hidrogênio é alto nas agendas de energia de ambos os países. A Estratégia Básica de Hidrogênio do Japão foi concebida e revisada sob vários nomes desde 2014, com a última atualização formulada em março deste ano. Entre muitos pontos-chave, busca reduzir o custo do hidrogênio para igualar o custo do GNL no Japão e estabeleceu metas para a absorção de células de combustível em várias categorias de veículos pesados ​​até 2030. Como presidente do G20 durante 2019, o Japão também encomendou o relatório O Futuro do Hidrogênio para ajudar a moldar a agenda das conversações do G20.

As iniciativas australianas incluem o investimento do Governo Federal no valor de A $ 25 milhões (US$ 17,18 milhões) em pesquisa e desenvolvimento de hidrogênio limpo através da Agência Renovável de Energia Australiana (ARENA) e também US $ 50 milhões (somados outros US$ 50 milhões do governo de Victoria). um controverso projeto de carvão para hidrogênio, no qual o Japão tem interesse, no Vale de La Trobe, em Victoria.

"O hidrogênio já é produzido em quantidades muito grandes em todo o mundo, a partir do gás e do carvão, e esses caminhos desempenharão um papel no fornecimento de uma escala de hidrogênio com baixo teor de carbono no início", Dr. Daniel Roberts, líder da Plataforma de Ciência Futura dos Sistemas de Energia de Hidrogênio da CSIRO, disse durante uma coletiva sobre hidrogênio no início deste mês no Australian Science Media Centre (AusSMC).

De acordo com o relatório da AIE sobre O Futuro do Hidrogênio , a produção de hidrogênio a partir de combustíveis fósseis é atualmente responsável por “emissões anuais de CO2 equivalentes às da Indonésia e do Reino Unido juntas”. O relatório diz que “aproveitar essa escala existente no caminho para um futuro de energia limpa requer tanto a captura de CO2 da produção de hidrogênio a partir de combustíveis fósseis quanto a maior oferta de hidrogênio a partir de eletricidade limpa”.

O farol de energia solar fotovoltaica

O relatório cita o recente sucesso da energia solar fotovoltaica, vento, baterias e veículos elétricos em mostrar que os países podem usar políticas e apoiar a inovação "para construir indústrias limpas globais".

Embora o custo de produção de hidrogênio a partir de energia de baixo carbono ainda é um obstáculo a uma aceitação generalizada de hidrogênio verde, análise da AIE mostra que o custo de produção de hidrogênio a partir de energia renovável pode cair cerca de 30% em 2030, como resultado da diminuição dos custos das energias renováveis ​​e ampliação da produção de hidrogênio. O relatório também sugere que “as células de combustível, os equipamentos de reabastecimento e os eletrolisadores (que produzem hidrogênio a partir da eletricidade e da água) podem se beneficiar da fabricação em massa”.

No Hydrogen Briefing AusSMC, Professor Douglas MacFarlane - líder do programa de energia no Centro ARC de Excelência para Electromaterials Ciência - disse estar confiante de que, a longo prazo, o hidrogênio verde baseado em energia solar e eletrólise vai dominar o mercado.

“Isso será impulsionado pela economia como o preço da instalação e manutenção de quedas de parques solares em larga escala - as pessoas já estão falando de US $ 20MWh - e também com o custo da eletrólise em larga escala. Nós e outros estamos pesquisando o último para reduzir o custo dos materiais ”, disse MacFarlane.

No curto prazo, o relatório O Futuro do Hidrogênio identifica quatro oportunidades para acelerar o uso generalizado de hidrogênio limpo:

1. Tornar os portos industriais os centros nervosos para aumentar o uso de hidrogênio limpo. Hoje, grande parte da produção de refino e produtos químicos que utiliza hidrogênio com base em combustíveis fósseis já está concentrada em zonas industriais costeiras ao redor do mundo, como o Mar do Norte na Europa, a Costa do Golfo na América do Norte e no sudeste da China. Encorajar essas fábricas a mudar para uma produção mais limpa de hidrogênio reduziria os custos gerais. Essas grandes fontes de fornecimento de hidrogênio também podem abastecer navios e caminhões que atendem os portos e abastecem outras instalações industriais próximas, como siderúrgicas.
2. Construa em infra-estrutura existente, como milhões de quilômetros de gasodutos de gás natural. A introdução de hidrogênio limpo para substituir apenas 5% do volume de gás natural dos países aumentaria significativamente a demanda por hidrogênio e diminuiria os custos.
3. Expandir o hidrogênio no transporte por meio de frotas, cargas e corredores. Alimentar carros, caminhões e ônibus de alta quilometragem para transportar passageiros e mercadorias em rotas populares pode tornar os veículos movidos a células de combustível mais competitivos.
4. Lançar as primeiras rotas marítimas internacionais do comércio de hidrogênio. Lições do crescimento bem-sucedido do mercado global de GNL podem ser aproveitadas. O comércio internacional de hidrogênio deve começar em breve, se quiser causar impacto no sistema energético global.

“A cooperação internacional é vital para acelerar o crescimento do hidrogênio versátil e limpo em todo o mundo”, conclui o relatório, e nesse sentido, a assinatura do Memorando de Cooperação Austrália-Japão é um passo positivo.

As colaborações australianas com o Japão, como o recente plano de exportar hidrogênio verde de Queensland - bem como o projeto vitoriano do carvão marrom para o hidrogênio, que visa capturar e armazenar as 100 toneladas de CO2 geradas durante a fase piloto em 2020 - Ambos podem ser vistos como passos exploratórios em direção a uma indústria de hidrogênio limpo.

Mas no contexto dos planos do Japão de construir até 30 novas usinas termoelétricas a carvão em seu próprio território, bem como o financiamento de novas usinas movidas a carvão na Ásia, a intenção coletiva por trás das várias iniciativas ainda não está clara, particularmente agora. que o governo australiano está abrindo caminho para as empresas de mineração de carvão abrirem novos caminhos, na ausência de qualquer política para uma transição clara e de longo prazo para a energia renovável.

Hidrogênio verde vai ao ar na reunião do G20 de ministros da energia nesta semana

Olá hidrogênio! Uma série de fatores está flutuando hidrogênio movido a energia renovável para o topo da agenda para ministros de energia em todo o mundo. A Austrália está entre os países mais bem posicionados para transformar o hype do hidrogênio na maior fonte de energia descarbonizada que o mundo já viu.

A Austrália está disposta a liderar o mundo na produção de hidrogênio verde, depois que o Japão e a Coréia do Sul levaram o combustível em seus requisitos de mistura de energia. 

Imagem: Roy Luck / Flickr.

Neste fim de semana, no resort de Karuizawa, na província de Nagano, no Japão, os ministros de Energia do G20 receberão um estudo da Agência Internacional de Energia (AIE) sobre o estado do hidrogênio limpo, juntamente com recomendações de medidas práticas imediatas para acelerar o desenvolvimento de hidrogênio. hidrogênio como mecanismo de entrega e armazenamento de energia limpa mais significativo do mundo. Os proponentes afirmam que o hidrogênio é capaz de descarbonizar os principais setores industriais globais, do fornecimento de eletricidade ao transporte, agricultura e produção de aço.

Se tudo isso soa familiar, até o blog da IEA se refere à velha piada de que “o hidrogênio é o combustível do futuro - e sempre será”. Mas o governo australiano, o cientista-chefe Alan Finkel, a Agência Australiana de Energia Renovável, a Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth (CSIRO), Andrew Forrest da Fortescue Metals e vários centros de pesquisa em todo o país acreditam que o tempo do hidrogênio está próximo, por três razões:

• A importância imperativa de descarbonizar a atividade humana é inegável, e áreas com recursos eólicos e solares exigem um método de exportação de energia além das linhas de transmissão para expandir seu alcance, alcance de aplicação e confiabilidade;
• O Japão e a Coreia do Sul, países dependentes de importações de energia, estabeleceram roteiros para incorporar o hidrogênio como principal combustível em suas economias, juntamente com a demanda imediata por hidrogênio limpo a granel;
• E, "paralelamente a essa atração", disse Daniel Roberts, líder da futura plataforma científica de sistemas de energia de hidrogênio CSIRO, o custo de "componentes tecnológicos-chave - em particular células de combustível e eletrólitos" - e energia renovável estão chegando a um ponto que está começando a vê-los se aproximar ou até chegar à paridade com alguns dos sistemas que estão buscando substituir”.

Roberts estava entre um painel de especialistas reunido na quinta-feira pelo Australian Science Media Center para explicar as oportunidades e desafios de uma indústria nacional de hidrogênio para escritores de ciência e repórteres, no interesse de informar corretamente o público australiano sobre o potencial do hidrogênio.

Um relatório recente do Conselho de Hidrogênio postulou uma demanda global potencial de 80 exajoules até 2050.

Uma exportação para substituir o carvão

O que quer que você pense do sentido ou não de abrir caminho em novas minas de carvão na Austrália, Ken Baldwin, diretor do Instituto de Mudança de Energia da Universidade Nacional Australiana, disse: “O futuro interessante que temos diante de nós é que mundo vai para uma economia neutra em carbono em meados deste século a demanda por carvão e gás e outras exportações de combustíveis fósseis acabará por declinar. O que irá substituí-lo?

O uso de células a combustível de hidrogênio para abastecer não apenas carros, mas ônibus, veículos pesados, trens, manuseio de materiais, como empilhadeiras e guindastes e transporte, está sendo explorado, se ainda não amplamente implantado, em todo o mundo.

A indústria de exportação de hidrogênio da Austrália já é uma realidade, diz Douglas MacFarlane, líder do programa de energia do Centro de Excelência para Eletromáquinas da Australian Research Council. Um programa de gaseificação de carvão marrom em Victoria que produz o que é conhecido como preto - ou seja, não renovável - hidrogênio é definido para ajudar a atender às necessidades energéticas dos Jogos Olímpicos de 2020 do Japão. E a Universidade de Tecnologia de Queensland exportou na semana passada seu primeiro hidrogênio verde, usando um conjunto fotovoltaico de energia solar concentrado desenvolvido pela Sumitomo Electric Industries do Japão para converter tolueno em metanol ciclohexano transportador de hidrogênio seguro para transporte.

Esse avanço representou um caminho potencial para superar as barreiras de custo e transporte para uma indústria de exportação em larga escala.

O que está mantendo a tampa no hidrogênio?

MacFarlane explicou que, embora o custo das energias renováveis ​​- particularmente solar - seja competitivo e declinante, o equipamento necessário para catalisar a água em suas partes de componentes de hidrogênio e oxigênio é caro e, até agora, não eficiente o suficiente para aproveitar ao máximo a energia necessária. conduzir o processo.

Além disso, disse ele, a tecnologia de baixa pressão de separação de água pode atualmente "produzir hidrogênio em dezenas de atmosferas", para um produto adequado para misturar diretamente hidrogênio com o suprimento de gás existente, semelhante à adição de etanol à gasolina. De acordo com MacFarlane, “700 atmosferas é o tipo de pressão que o hidrogênio precisa ter para os postos de combustível dos veículos elétricos”. A tarefa de P & D, disse ele, é reduzir o custo de geração de hidrogênio a uma pressão mais alta, adequada tanto para o reabastecimento quanto para a exportação.

O transporte apresenta outro desafio de custo, uma vez que os métodos de envio de hidrogênio em uma forma liquidificada que requer refrigeração em um grau extremo consomem muita energia. Desenvolver caminhos para a eficiente catálise de hidrogênio em amônia, disse MacFarlane, permitiria o movimento do hidrogênio “na tecnologia de transporte marítimo e tubulações que já está bem estabelecida na indústria de amônia para fertilizantes”.

Roberts concordou que “a amônia é quase uma solução pronta para ser transferida para o contexto energético”.

Steeling para novas exportações

Uma das maiores aplicações potenciais de hidrogênio da Austrália como energia renovável armazenada e prontamente disponível é a descarbonização do processo intensivo de conversão de minério de ferro em aço. A fabricação onshore desse produto de valor agregado da indústria mineral da Austrália forneceria uma exportação para preencher a lacuna deixada pela queda na demanda pelo carvão do país.

A produção onshore de aço limpo na Austrália pode ser conduzida diretamente por energia renovável, incluindo quantidades armazenadas como hidrogênio.

Isso faz parte da visão do Centro de Energia Renovável da Ásia, a capacidade de geração de 11 GW - 3,5 GW solar, 7,5 GW vento - proposto para a Pilbara no norte da Austrália Ocidental, com 8 GW da capacidade destinada à produção de hidrogênio e 3 GW para usuários de energia na região.

Uma característica do hidrogênio como meio de armazenamento de energia renovável, disse Roberts, é a capacidade dos eletrolisadores de absorver rapidamente o excesso de energia. "Eles podem responder muito rapidamente a flutuações na grade e armazenar o hidrogênio nos picos e usá-lo durante as calhas", disse ele. Isso significa que os eletrolisadores poderiam ser usados ​​para construir redes maiores e mais estáveis ​​baseadas em energia renovável, acrescentou ele.

Embora a Austrália seja única em seu notável potencial para gerar enormes quantidades de energia solar, o Chile e países do Oriente Médio também estão se preparando para explorar seus recursos solares para produção e exportação de hidrogênio.

Como parte de sua apresentação em painel para o Australian Science Media Center, MacFarlane incluiu um mapa de calor do mundo mostrando a Austrália como a maior massa de terra no caminho da maior intensidade solar. Ele havia sobreposto um pequeno quadrado amarelo à escala que representava 62.500 km - aproximadamente o tamanho das quatro maiores fazendas de gado da Austrália - e disse: "Se você colocar células solares comerciais comuns naquela área você pode gerar 25 patawatt horas por ano de energia" qual é a demanda total de eletricidade de todo o mundo - apenas daquela caixinha”.

Custo adicional de dessalinização

Seu ponto era que a Austrália tem a capacidade de energia renovável para construir uma indústria de hidrogênio e seus esforços de pesquisa estão focados na redução de custos e na demonstração da escalabilidade das tecnologias de separação de água.

"A outra coisa que nunca devemos esquecer no contexto australiano é o abastecimento de água", disse MacFarlane. Em grande escala, é óbvio que a Austrália teria que usar a água do mar para a produção de hidrogênio, o que significaria integrar o processo e o custo da dessalinização na equação de produção de hidrogênio.

Os três especialistas acreditam que a precificação do carbono no mundo é uma inevitabilidade e, quando imposta às fontes de combustíveis fósseis e processos movidos a combustíveis fósseis, tornará o preço do hidrogênio verde mais atraente. "A questão dos preços ainda não se esgotou totalmente", disse Baldwin, "a tecnologia está avançando rapidamente e os sistemas do governo ao redor do mundo estão caminhando para ter um preço no carbono eventualmente". Teremos que "ver o que acontece em um mundo com restrição de carbono ”, acrescentou.

A AIE diz que “ajudará os governos a elaborar as políticas certas” para o hidrogênio. Vamos ver esse fim de semana.

Vantagens e desvantagens do hidrogênio

O hidrogênio é um elemento químico que à temperatura ambiente se encontra no estado gasoso. É o elemento mais abundante do Universo e o principal constituinte das estrelas.

Trata-se do melhor combustível em motores de combustão.

O hidrogênio é o elemento mais leve e o que possui o maior valor energético. Não é tóxico. Não acarreta emissões nocivas para o ambiente. É até considerado o combustível do futuro.

Não se encontra isolado na natureza, o que acaba por constituir uma alternativa mais dispendiosa. Explicamos melhor porquê. O hidrogênio é um gás mais leve do que o ar, acabando assim por subir para a atmosfera. Na sua forma natural está, portanto, sempre associado a outros elementos.

É uma alternativa dispendiosa mas que, por vezes, até pode ser a escolha mais acertada. Vejamos: fica mais econômico enviar hidrogênio do que eletricidade para grandes distâncias através de fios. Certo é que na maioria das vezes e como o hidrogênio requer que se o isole de outros compostos, este processo acarreta custos ainda elevados.

Em conjunto com o carbono formam os hidrocarbonetos, dos quais o metano é um deles.

É um elemento altamente reativo e inflamável, por exemplo, com o oxigênio. Implica ser mantido em estado líquido e requer obviamente cuidados redobrados. Um descuido pode ser bastante perigoso.

Atualmente, o hidrogênio é muito usado como combustível na NASA.

Vamos então resumir as vantagens e desvantagens do hidrogênio começando pelas desvantagens para depois culminarmos nas vantagens deste elemento que, como dissemos, pode ser a alternativa de futuro.

Relembramos que se trata de um elemento muito particular e constitui uma energia alternativa que ainda tem muito para dar.

Principais vantagens e desvantagens do hidrogênio

Desvantagens do hidrogênio:

• Alternativa cara;
• Requer a utilização de metais nobres;
• Implica custos de transporte e distribuição;
• Não se encontra isolado na natureza;
• Tem uma relação de dependência de hidrocarbonetos, petróleos e seus derivados;
• Altamente reativo.

Vantagens do hidrogênio:

• Não é tóxico;
• É o elemento mais abundante no Universo;
• Grande potencial no setor dos transportes;
• Grande densidade energética;
• Baixo nível de emissão de gases responsáveis pelo efeito de estufa;
• Não aumenta a poluição sonora já que se trata de um processo silencioso;
• Um grande volume deste elemento pode ser armazenado facilmente;
• Pode ser usado para gerar energia;
• Alternativa ecológica que pode ajudar a economia dos países permitindo a criação de postos de trabalho e o desenvolvimento econômico.

Limpe o hidrogênio e não o fim, já que o novo método verde cria combustível a partir da água do mar

Os cientistas descobriram uma nova maneira de criar combustível de hidrogênio usando a água do mar, o que poderia abrir uma nova série de possibilidades interessantes na produção de energia.

Pesquisadores da Universidade de Stanford revelaram que foram capazes de gerar o combustível usando energia solar, eletrodos e água salgada que tiraram da baía de São Francisco. Enquanto outros métodos dependem do uso de água purificada, a capacidade de gerar combustível de hidrogênio a partir da água do mar oferece muito mais potencial, considerando a vastidão do recurso.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Proceedings, da National Academy of Sciences. O artigo, intitulado "Partida de água do mar movida a energia solar, altamente sustentada, em hidrogênio e combustível de oxigênio", mostra como os pesquisadores fizeram sua descoberta.

Na maioria dos casos, o sal na água do mar rapidamente corroeria o ânodo necessário para executar tal tarefa. Mas os cientistas usaram camadas negativamente carregadas no ânodo para repelir o cloreto e desenvolver resistência à corrosão relativamente alta. Eles descobriram que o eletrolisador pode “operar em baixas tensões e altas correntes e durar mais de 1.000 horas”.

O pesquisador e professor de química Hongjie Dai disse ao Stanford News Service que o projeto é relativamente simples. "Se tivéssemos uma bola de cristal há três anos, teria sido feito em um mês", disse ele.

O método oferece grande potencial na criação de mais combustível de hidrogênio a partir de fontes renováveis, como energia solar e eólica. A Dai mostrou uma prova de conceito com uma demonstração, "mas os pesquisadores deixarão para os fabricantes escalar e produzir em massa o design".

Potencial de Hidrogênio Verde

Este achado segue outra descoberta recente de hidrogênio de cientistas belgas, que apresentaram uma maneira de desenvolver gás hidrogênio a partir da umidade do ar. Esse método envolve um painel solar especial que é capaz de usar a luz solar para transformar diretamente o ar em gás hidrogênio. Os cientistas estão preparando um protótipo de campo de seus painéis especiais para serem usados ​​em uma casa.

Estas são duas novas maneiras de desenvolver hidrogênio a partir de fontes renováveis. Embora ambos os métodos estejam em seus estágios iniciais, eles oferecem muita promessa.

Um estudo recente concluiu que o hidrogênio verde se tornará economicamente competitivo com a produção de gás natural até 2035. Mas essas inovações podem levar a um caminho melhor e mais direto. Se esses métodos mostrarem alguma capacidade de serem desenvolvidos com sucesso em uma escala maior, essa linha do tempo pode até ser conservadora.

Take da Electrek

Atualmente, o hidrogênio não é a melhor maneira de alimentar carros e caminhões - é muito ineficiente. A maioria dos estudos coloca pelo menos 3 vezes mais energia exigida do que os veículos movidos a bateria. Então, a energia da bateria é a principal maneira que deveríamos estar alimentando os veículos. Mas esses tipos de avanços podem oferecer aplicações inéditas no futuro, possivelmente por meio de reabastecimento rápido, ou talvez como um combustível especial para a condução em longas distâncias.

Além disso, para aplicações como aviões de longo curso ou navegação, o hidrogênio pode ser a única resposta na próxima década.

O hidrogênio pode ter exigido avanços científicos para permanecer relevante - mas pode ser que ele esteja sendo usado.

Fonte: Electrek | Por Phil Dzikiy

Toyota quer transformar ar em combustível

A aposta que faz a Toyota nos veículos movidos hidrogênio com célula de combustível (fuel cell) leva a uma pesquisa avançada para a produção do hidrogênio.

Em comunicado oficial a Toyota começa com algo surpreendente. “Como por magia, colocamos um dispositivo específico em contacto com o ar que respiramos, expô-lo à luz solar, e este produz combustível, gratuito”.

Parece realmente utópico. Combustível de graça?

Sim o combustível daí retirado é 100% gratuito, e é hidrogênio.

A Toyota está na vanguarda dos veículos que usam já as células de combustível, recorrendo ao hidrogênio para produzir energia elétrica, este sim combustível abundante e limpo.

Apesar de ser o elemento mais abundante do universo, está “acoplado” a outro elemento, o oxigênio, e assim os dois formam a molécula da água H2O.

Para separar estes dois elementos são necessários, atualmente, complicados e dispendiosos processos, recorrendo-se ainda a combustíveis fosseis como fonte energética para esta separação, sendo, até agora, este um dos grandes entraves á produção em massa dos carros movidos a hidrogênio.

Mas a Toyota pretende mudar isso, e fez uma parceria com a DIFFER (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) tendo já desenvolvido um dispositivo capaz de absorver o vapor de água existente no ar, separando os dois elementos recorrendo á energia solar.

A razão deste projeto é, porque o planeta necessita de combustíveis limpos e sustentáveis, onde se inclui o hidrogênio correndo o risco de “asfixiar” se não for reduzido o uso de combustíveis fosseis, e consequente emissão de gazes de estufa.

A divisão de Pesquisa Avançada de Materiais da TME (Toyota Motor Europe) e o grupo dos Processos Catalíticos e Eletromecânicos para Aplicações Energéticas da DIFFER, liderado por Mihalis Tsampas, trabalharam em conjunto para conseguir um método que permite a divisão da molécula da água nos seus elementos constituintes, quando a água está na forma gasosa (vapor) e não na forma líquida.

Trabalhar com gás em vez de líquido tem várias vantagens. As vantagens são em primeiro lugar porque os líquidos apresentam alguns problemas, como a formação de bolhas e depois na forma gasosa, não são necessárias instalações de purificação, e finalmente como a água usada é a que está no ar a tecnologia pode ser usada onde não há agua disponível.

A TME e a DIFFER, desenvolveram uma nova célula foto eletroquímica no estado sólido, capaz de capturar água do ar, e, após exposição solar, gera hidrogênio.

O primeiro protótipo atingiu uns impressionantes 70% da produtividade obtida por um dispositivo equivalente usando água, o que é bastante prometedor. O sistema é composto por membranas poliméricas de eletrólitos, foto elétrodos porosos e materiais absorventes de água, que são combinados num dispositivo específico com uma membrana.

O projeto, conseguiu que lhe fossem atribuídos fundos do Fundo NWO ENW PPS.

"O próximo passo é tentar melhorar o dispositivo. O primeiro protótipo usava foto elétrodos muito estáveis, mas com limitações.O material usado apenas absorvia luz UV, o que é menos de 5% de toda a luz solar que chega à Terra. A próxima fase passa por aplicar materiais de ponta e otimizar a arquitetura aumentando a absorção de água e da luz solar”, afirmou Mihalis Tsampas.

O protótipo da célula fotoeletroquímica 

Depois de ultrapassado este obstáculo, talvez seja possível aumentar a escala da tecnologia. As células foto eletroquímicas usadas para produzir hidrogênio são muito pequenas (à volta de 1 cm2). Para serem economicamente viáveis têm que crescer, pelo menos, 100 a 1000 vezes.

Segundo Tsampas, apesar de ainda não terem conseguido totalmente, tem esperança que estes sistemas possam servir não só para os automóveis, como também produzir energia para as habitações.

Fonte: Razaoautomovel