“Eu acredito que a água será um dia utilizada como combustível, em que o hidrogênio e o oxigênio que a constituem, de forma conjunta ou isolada, vão fornecer uma fonte inesgotável de calor e luz, em uma intensidade que o carvão não é capaz.”
Jules Verne, The Mysterious Island, 1874.
Em dezembro de 2015, durante a 21ª Conferência das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas, era firmado o Acordo de Paris. Trata-se de um compromisso pactuado entre 195 países para reduzir a emissão de gases de efeito estufa e limitar o aumento médio de temperatura global a 2ºC, quando comparado a níveis pré-industriais em 1990.
Transcorridos mais de cinco anos e em um momento de recuperação econômica pós-covid na Europa, observa-se uma preocupação ainda maior com relação à mitigação de impactos climáticos e ambientais. Em dezembro de 2020, a União Europeia (UE) ampliou as metas voluntárias estabelecidas por ocasião do Acordo de Paris e estabeleceu objetivos ainda mais audaciosos, tais como reduzir em 55% a emissão de gases de efeito estufa até 2030 – quando comparado ao observado em 1990 – e de atingir a neutralidade climática do bloco até 2050. Essas iniciativas fazem parte do Acordo Verde Europeu – “European Green Deal”.
Dentre as diversas ações que estão sendo implementadas, destacam-se o descomissionamento de usinas termoelétricas movidas a carvão, o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia, os incentivos para expansão de fontes de geração de energia renovável, o fomento à economia circular etc.
Mas o que a preservação do meio ambiente tem a ver com hidrogênio?
No contexto de descarbonização da matriz elétrica e aumento da participação de energias renováveis, o hidrogênio tem um grande potencial para atuar como sistema de armazenamento de grande escala, mitigando variações sazonais e conectando a produção local para centros de demanda mais distantes.
Conforme apresentado na Figura 3, atualmente existem diversas maneiras de se produzir hidrogênio. Tanto o “hidrogênio cinza” quanto o “hidrogênio azul” utilizam, por exemplo, o gás natural, combustível fóssil e com maior emissão de CO2, enquanto o “hidrogênio verde” utiliza a água como matéria prima e energias renováveis, sendo portanto amigável ao meio ambiente.
O hidrogênio será uma prioridade no objetivo de neutralidade climática europeia até 2050, com os investimentos se concentrando na produção com baixo ou nulo teor de carbono, o chamado “hidrogênio verde”. Espera-se que sua participação na matriz energética da Europa alcance 15% do volume total até 2050 – atualmente essa participação é inferior a 2%.
O “hidrogênio-verde” é obtido através da eletrólise da água, ou seja, da “quebra” da molécula de H20 em oxigênio e hidrogênio. Essa reação química demanda muita energia para ser realizada e a cor “verde” se refere justamente ao uso de energias renováveis, como a solar ou a eólica, para separar essas moléculas, tal como ilustrado na Figura 4.
Mas esse processo não fica muito caro? Ele é viável mesmo?
As usinas solar e eólica possuem uma produção de energia que varia muito a cada hora do dia, ou mesmo nas diferentes estações do ano. No início essas variações eram consideradas um problema, mas agora foram transformadas em oportunidade. Nos períodos em que há muita produção de energia dessas fontes, mas não há consumo, o preço da energia é baixo e as sobras são utilizadas para produzir e armazenar hidrogênio.
Nos momentos em que ocorre o contrário, ou seja, o consumo é maior que a produção de energia, o preço da energia é alto e o hidrogênio armazenado é utilizado para produzir energia. Como o hidrogênio é produzido nos momentos de preço baixo e gera energia nos momentos de preço alto, acaba-se gerando uma receita que viabiliza os investimentos.
Tecnicamente, diz-se que o negócio é viabilizado a partir da arbitragem dos preços da energia. Mas os modelos de negócio não se limitam ao Setor Elétrico: o hidrogênio pode ser utilizado como combustível em veículos pesados, em processos industriais, nos transportes aéreo e marítimo e até mesmo em veículos leves. São muitas possibilidades…
Em 2020, a Comissão Europeia lançou o projeto “European Clean Hydrogen Alliance” que conta com a colaboração de diversos Estados-membros, autoridades públicas, indústrias, universidades e sociedade civil, com o intuito de desenvolver uma agenda de investimentos, um pipeline de projetos concretos para os próximos 25 anos e metas muito bem estabelecidas.
As metas foram divididas em três marcos principais:
- Durante o período de 2020 até 2024: instalar pelo menos 6 GW de sistemas de eletrólise para produção de hidrogênio verde e garantir a produção de até 1 milhão de toneladas de hidrogênio renovável, facilitando o acesso de hidrogênio para consumo final em processos industriais e no setor de transporte pesado. Também devem ser iniciados investimentos na infraestrutura de escoamento.
- Durante o período de 2025 até 2030: hidrogênio verde se torna uma peça fundamental no setor energético, com o objetivo de instalar, pelo menos, 40 GW de sistemas de eletrólise para produção de hidrogênio verde e garantir a produção de, pelo menos, 10 milhões toneladas de hidrogênio renovável. Desenvolvimento de sistemas de escoamentos robustos, atendendo mercados mais distantes. Investimentos nos sistemas de eletrólise podem alcançar até €42 bilhões.
- Durante o período de 2031 até 2050: produção de hidrogênio verde se tornará uma tecnologia madura e competitiva. Além de garantir flexibilidade para o setor elétrico, uma vez que ¼ da geração de energia elétrica total da Europa será oriunda de fontes renováveis como solar ou eólica, o hidrogênio terá papel fundamental em outros segmentos da indústria como transporte aéreo, marítimo, segmento industrial e comercial.
Atualmente, a Alemanha é um dos países que mais investem em sistemas de hidrogênio na Europa, com um portfólio de projetos que superam 250 MW. Entre eles, destaca-se o desenvolvimento de um hub de hidrogênio verde na cidade de Hamburgo, conforme ilustrado na Figura 6.
Esse projeto é particularmente interessante pois faz parte de um programa mais consolidado de descarbonização da matriz elétrica europeia e de descomissionamento de usinas termoelétricas à carvão (coal phase-out).
Na Alemanha, em setembro de 2020, ocorreram leilões de descomissionamento das térmicas a carvão, com o encerramento de contratos que atingiram o montante total de 4,78 GW. Dentre eles, estava a termoelétrica a carvão Moorburg, de 2015, localizada em Hamburgo, com capacidade instalada de 1,6 GW.
Embora considerada uma usina eficiente e “jovem”, participou e foi contemplada no leilão. Como possui uma localização privilegiada, próxima ao porto, e já conta com infraestrutura para escoamento de energia, o sítio se tornou uma opção ideal para desenvolvimento de um “Green Hydrogen Hub” na Alemanha, com geração de hidrogênio a partir de fontes renováveis como eólica e solar. A primeira fase do projeto terá capacidade de 100MW com conclusão prevista em 2025.
Quer conhecer mais do plano de transição energética da Alemanha com foco no hidrogênio? Assisa ao vídeo abaixo.
Além da Alemanha, existem projetos de desenvolvimentos de hubs de hidrogênio em Portugal e na Holanda.
Mas e no caso do Brasil? Será que vale a pena investir na produção de Hidrogênio?
Discute-se amplamente se o Brasil deve ou não investir no mercado de hidrogênio.
O Brasil também assinou, em 2015, o Acordo de Paris, assumindo como objetivo diminuir as emissões de gases de efeito estufa em 37% até 2025, com o indicativo de redução de 43% até 2030 – ambos em comparação aos níveis de 2005.
Ocorre que, conforme apresentado na Figura 7, de 2015 até hoje, na contramão da tendência mundial, o país vem aumentando suas emissões.
De fato, diferentemente da União Europeia, onde ainda predomina a geração de energia elétrica a partir de combustíveis fósseis, nossa matriz elétrica já é majoritariamente composta por geração renovável, conforme pode ser observado na Figura 8.
Por outro lado, deve-se ter em mente que o hidrogênio é um combustível versátil e pode substituir os combustíveis fósseis no setor de transporte e em processos industriais intensivos, como nos setores siderúrgico ou químico, contribuindo para um ciclo virtuoso de redução das emissões de gases de efeito estufa, transformando o entorno de sua produção em um verdadeiro hub energético, tal como ilustrado na Figura 9.
Ou seja, investir em hidrogênio se apresenta como uma oportunidade de descarbonizar a matriz energética brasileira e o setor elétrico pode ser o propulsor dessa tendência.
Nós ainda não temos um conjunto de metas assumidas publicamente pelo país, mas temos avançado muito no tema. No último dia 20 de abril, o Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) – que reúne diversos Ministérios incluindo Minas e Energia, Economia e Meio Ambiente – propôs a elaboração de diretrizes para o Programa Nacional do Hidrogênio.
Para a consolidação da economia do hidrogênio, pressupõe-se o desenvolvimento de uma infraestrutura de produção, armazenamento, transporte e distribuição do hidrogênio, pelo lado da oferta, bem como a inserção do energético na matriz de consumo em setores-chaves, como transportes, siderurgia e de fertilizantes.
A Resolução do CNPE abre caminho para proposição de diretrizes para o Programa Nacional do Hidrogênio, a ser publicada em 60 dias, em cooperação com os Ministérios de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e Desenvolvimento Regional (MDR), com apoio da Empresa de Pesquisa Energética (EPE).
Mas o que a Volt Robotics tem a ver com tudo isso?
A inserção do hidrogênio na matriz energética brasileira faz parte de um programa ainda mais amplo de desenvolvimento dos sistemas de armazenamento de energia. A Volt Robotics trabalhou intensamente junto com a ABEEólica e produziu material abrangente e profundo sobre Armazenamento – incluindo hidrogênio – que pode ser obtido clicando-se na figura abaixo.
Desde então, a Volt Robotics tem trabalhado no desenho de modelos de negócio para armazenamento e para hidrogênio, e na modelagem matemática desses modelos de negócio para que possam ser avaliadas as opções de investimento por diferentes agentes de geração e consumo.
Nessas simulações computacionais unem-se competências únicas detidas pela Volt Robotics, incluindo Data Science, Sistemas Inteligentes e Regulação do Setor Elétrico.
Quer entender um pouco mais como o setor elétrico pode ser o indutor da expansão dos investimentos em hidrogênio? Fale com a Volt Robotics!
