Em um posto de reabastecimento de hidrogênio na North Rhine-Westphalia, Alemanha, um motorista encheu o tanque de um Toyota Mirai, um dos poucos carros movidos a célula de combustível do mercado. Em abril de 2021, a Alemanha tinha 92 postos de abastecimento de hidrogênio, perdendo apenas para o Japão, que tinha 137. Imagem: Rupert Oberhäuser/Alamy

Há muito o que falar sobre o hidrogênio, especialmente para concessionárias de energia elétrica. Comece com a enorme promessa do hidrogênio de reduzir as emissões de carbono e, ao mesmo tempo, manter ou aumentar o padrão de vida em economias desenvolvidas ou emergentes. Acrescente o fato de que grande parte da tecnologia necessária para realizar a tão prevista “economia do hidrogênio” já existe, e você começará a entender por que o interesse pelo hidrogênio está aumentando agora.

E, no entanto, depois de décadas de projeções flutuantes, o caminho para uma economia generalizada de hidrogênio – e o papel que as empresas de energia irão desempenhar nela – ainda parece bastante indistinto. Os engenheiros descobriram há muito tempo como produzir, transportar e usar hidrogênio. A China agora produz mais de 20 milhões de toneladas métricas anualmente e os EUA cerca de 9 milhões de toneladas. No entanto, quase todo esse hidrogênio é usado para refinar o petróleo, produzir produtos químicos e fertilizantes, tratar metais e para outros fins industriais. Os EUA têm cerca de 2.500 km de dutos de hidrogênio em operação e há uma infraestrutura robusta para transportar hidrogênio para locais onde dutos não fazem sentido do ponto de vista econômico.

Na rede, o hidrogênio provavelmente será usado inicialmente para armazenar eletricidade. Mas será um tipo de armazenamento pouco convencional. Durante os períodos de baixa demanda, mas alta produção de eletricidade, por exemplo de fontes renováveis ​​como a solar ou eólica, o hidrogênio poderia ser produzido em usinas eletrolisadoras em escala comercial. Então, quando a demanda é alta, o hidrogênio pode fornecer eletricidade reagindo com o oxigênio ambiente em uma célula de combustível ou até mesmo alimentando uma turbina.

Mas é no setor de transporte que o hidrogênio provavelmente terá seu maior impacto, pelo menos inicialmente. E embora algumas aplicações sejam futurísticas – aviões de passageiros movidos a hidrogênio, por exemplo – outras já estão em uso e aparentemente prontas para um rápido crescimento.

Um caminhão totalmente elétrico a bateria geralmente não pode transportar as mesmas cargas nas mesmas rotas que uma versão movida a diesel do mesmo caminhão. Mas se algumas das baterias forem removidas e substituídas por uma célula de combustível e tanques de hidrogênio, o caminhão elétrico é muito mais competitivo. Isso porque o uso de hidrogênio torna a fonte de energia menor e mais leve do que as baterias sozinhas. Melhor ainda, o trem de força da célula de combustível pode ser projetado para carregar as baterias durante o trajeto e o reabastecimento com hidrogênio leva quase o mesmo tempo que o reabastecimento com diesel, que ainda é significativamente mais rápido do que recarregar as baterias.

Um caminhão movido a célula de combustível foi recarregado com hidrogênio em uma estação em Tangshan, província de Hebei, China, em 14 de abril de 2021. Imagem: Yang Shiyao/Xinhua/Alamy

Conseqüentemente, os caminhões com células de combustível estão nas estradas hoje e quase todos os fabricantes de caminhões estão desenvolvendo versões a hidrogênio de seus veículos. A China tem um programa de mais de US$ 5 bilhões para desenvolver uma indústria doméstica de caminhões elétricos movidos a hidrogênio.

Por que isso importa para as concessionárias de energia elétrica? O hidrogênio que alimenta esses veículos provavelmente seria produzido em instalações de energia eólica, solar ou nuclear. Mas seria distribuído usando uma infraestrutura de distribuição de hidrogênio. As partes de transmissão e distribuição do setor elétrico seriam deixadas de fora. Assim, os veículos elétricos com aumento de hidrogênio compartilham a receita de forma diferente entre os fornecedores do que os EVs somente com bateria.

Para complicar ainda mais as coisas, estão algumas questões políticas intimamente relacionadas. Por exemplo, o governo dos Estados Unidos está considerando incentivar a disseminação de estações de carregamento de VE somente com bateria. Mas um grande desafio aqui é fornecer incentivos sem distorcer a evolução da tecnologia apropriada para melhor atender às necessidades do mercado.

Os países avaliam e planejam rotineiramente seus investimentos em infraestrutura com base em sua visão do que o futuro pode e deve ser. Portanto, a Alemanha e o Japão, que têm cada um cerca de um terço da população dos Estados Unidos, têm mais postos de abastecimento de hidrogênio e também mais postos de recarga de bateria per capita do que os Estados Unidos. Em números absolutos, os Estados Unidos têm cerca de duas vezes o número de postos de recarga de bateria estações como o Japão e apenas cerca de dois terços do número na Alemanha, mas para uma população muito maior. Dada esta amostra (reconhecidamente pequena) de países, pareceria que ainda não existe um consenso entre as nações industrializadas sobre os melhores números e proporção dos diferentes tipos de estações de recarga de VE para posicionar um país para crescimento futuro.

O problema é que a tecnologia e a demanda do mercado não são estáticas. Portanto, as decisões de infraestrutura são realmente complicadas. Considere que até o final do século 20, os telefones eram instrumentos com fio e as televisões, sem fio.

A situação do caminhão é semelhante a outra voltada para as concessionárias. Há um esforço global para descarbonizar a eletricidade, o que favorece mais o uso da energia solar e eólica. Infelizmente, os melhores recursos solares e eólicos raramente estão próximos aos centros populacionais. A solução foi construir mais linhas de transmissão de alta tensão. Mas eles são caros, politicamente controversos e feios. Então, uma alternativa: fazer hidrogênio em fazendas eólicas e solares e transportá-lo até os centros populacionais, substituindo as linhas de transmissão de alta tensão por dutos, navios e caminhões distribuidores de hidrogênio.

O Suiso Frontier é o primeiro navio do mundo projetado para transportar hidrogênio líquido. Construído pela Kawasaki Heavy Industries, pode transportar 1.250 metros cúbicos do gás liquefeito. Imagem: Kyodo News/Getty Images

Não é de surpreender que o transporte de hidrogênio seja um negócio emergente. A Kawasaki Heavy Industries já está transportando hidrogênio líquido, por navio, da Austrália para o Japão. E, como o Japão, a UE reconhece que precisará importar energia eólica e solar para cumprir seus ambiciosos objetivos de descarbonização. Países tão diversos como Chile e Arábia Saudita estão agora hospedando esforços para se tornarem exportadores globais de hidrogênio. E os gerentes de portos em todo o mundo estão colaborando no desenvolvimento das melhores práticas para se preparar para um mercado global de hidrogênio.

Além de aumentar a infraestrutura de transmissão e distribuição, o hidrogênio pode fornecer às concessionárias de energia o armazenamento de longo prazo da energia elétrica produzida a partir do vento e do sol. Em particular, o armazenamento subterrâneo de grandes quantidades de hidrogênio, por exemplo em formações geológicas existentes, poderia tornar a energia eólica e solar uma fonte de energia despachável durante todo o ano, 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Hoje é o custo alto, e não a maturidade técnica, que mantém os aplicativos em fase de demonstração. Aqui é importante entender que, falando ambientalmente, nem todo hidrogênio é criado igual. A produção de hidrogênio segue um código de cores que dá uma ideia de quanto carbono foi emitido. O hidrogênio marrom é criado pela gaseificação do carvão; cinza por vapor reformando gás natural. O hidrogênio recebe uma designação azul se vier de uma matéria-prima de combustível fóssil, mas o carbono foi capturado durante a produção. O hidrogênio verde vem da eletrólise movida a energias renováveis ​​(mas, notavelmente, não nuclear). Hoje, porém, nem mesmo um por cento do hidrogênio é verde. Há um esforço global agora, financiado por governos e também pela indústria, para tornar o custo do hidrogênio verde competitivo.

Por exemplo, o governo da China informa um programa de quase US$ 15 bilhões, a Alemanha se aproxima de US$ 10 bilhões, o Japão cerca de US$ 0,5 bilhão e os EUA quase US$ 0,2 bilhão. Os EUA são o gigante adormecido entre os grandes investidores, pois têm a força econômica, os recursos naturais e a infraestrutura para ser um ator importante. Até agora, porém, o governo dos EUA parece satisfeito em investir apenas o suficiente para ser um seguidor rápido. Claro, os EUA podem, se o hidrogênio atingir seu potencial, importar a tecnologia de baixo custo da China, Alemanha e Japão, países com histórico de exportação de produtos de tecnologia avançada para os EUA.

O compromisso da indústria é forte e crítico para o sucesso. Um exemplo importante é o Conselho de Hidrogênio. Foi formada por 13 empresas no Fórum Econômico Mundial em Davos, Suíça, em 2017. Hoje, mais de 100 empresas, incluindo muitas empresas líderes mundiais de gás, petróleo e automotivo, estão comprometendo recursos corporativos para expandir o uso comercial de hidrogênio.

Este esforço global concentrado provavelmente significa que um grupo diversificado de líderes e tecnólogos concluiu que há uma chance esportiva de fazer do hidrogênio a característica distintiva da rede do século XXI.

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