Joaquim Delgado: Economia do Hidrogénio: alguns pormenores

Opinião Energia

06.07.2020

 

O século XXI constitui um período de transição para uma economia energética cada vez mais descarbonizada e assente na captura de energia a partir de fontes renováveis, distribuídas e sustentáveis. Com a emergência do novo paradigma energético, e com vista a possibilitar uma transição feita com o mínimo de perturbações, têm vindo a ser equacionados o uso da eletricidade e do hidrogénio (H2) como vetores alternativos para o transporte, o armazenamento e o uso da energia. Mas há deixar claro, desde já, que tanto o H2 como a eletricidade não são fontes de energia – mas sim, e apenas, portadores, de onde essa energia é captada até onde é consumida - apresentando vantagens e inconvenientes.

 

São apenas cinco os tipos de aplicações onde gastamos energia: (i) acionamento mecânico, (ii) iluminação, (iii) geração de calor, (iv) alimentação das TIC e (v) transporte de informação em redes com e sem fios, em que estas são facultadas por tecnologias exclusivamente alimentadas com eletricidade, a cada dia mais. Se progressivamente essa energia tiver origem em fontes renováveis, teremos então a concretização gradual da descarbonização. Apenas os setores dos transportes aéreo e marítimo, e a geração de calor de alta temperatura, em algumas indústrias, colocam maiores desafios, mas sendo igualmente compatíveis com as fontes renováveis e a eletrificação, como se refere no final.

 

Utilizando o vetor eletricidade grandemente difundido e seguro, a eficiência energética desde o gerador à carga, é da ordem dos 90%. Se atendermos ao uso de uma tecnologia de armazenamento de energia moderna, em qualquer ponto do percurso, esse valor poderá situar-se próximo dos 80%. O que significa que haverá perdas na ordem dos 20%.

 

Utilizando o vetor hidrogénio, e como este elemento não existe isolado na natureza, terá que ser produzido. A sua extração é hoje feita a partir das moléculas de hidrocarbonetos, processo de reforma com eficiência da ordem dos 65%, ou pela eletrólise da água (H2O), com eletricidade produzida por qualquer via e com eficiência da ordem dos 70%. Só nesta operação e perdida 30% da energia. Outro aspeto importantíssimo, é o de que só se pode fazer eletrólise onde houver água pura disponível, e esta é impossível no Verão - em lugares como o topo das montanhas onde estão as eólicas, ou os parques solares no Alentejo - pelo que terá que haver sempre uma parte do percurso da energia feita com eletricidade.

 

Uma vez produzido o H2 é necessário proceder ao seu transporte para o local de consumo e/ou armazenamento. Esta operação pode concretizar-se por compressão (a 200 ou 300 bar) ou por liquefação, fazendo descer a sua temperaturas aos –252,87°C, enviando-o em depósitos especiais, e muito caros, ou por tubagem apropriada inexistente (a rede de gás natural não serve), cuja implementação teria custos gigantescos. Se as distâncias não forem grandes, qualquer das alterativas tem perdas mínimas de 25%, colocando a máxima eficiência desta operação nos 75%.

 

Uma vez disponível no local de consumo, a energia do H2 será convertida novamente em eletricidade numa Pilha de Combustível, com eficiência energética máxima da ordem dos 50%, sendo que a eletricidade à sua saída em DC necessita ainda de passar a AC , trazendo inevitáveis perdas adicionais. O uso do vetor H2 a eficiência da cascata é assim da ordem dos 25% (produção x transporte x uso), ou seja perde-se 75% da energia. Isto implica ainda que, para cada unidade de energia no local de consumo, seja necessário injetar quatro vezes esse valor à entrada, e essa energia tem obviamente que ser produzida e paga!

Além disso há o aspeto da segurança. O H2 é perigoso em qualquer estado e se for altamente pressurizado constitui uma bomba real. Hoje é proibida a entrada de veículos a GPL (com depósito a 8 bar) nas garagens e parques fechados, alguém imagina o que é ter um veículo a H2 com um depósito a 700 bar?

 

O uso do vetor H2 implica perdas de 75% da energia. Para cada unidade de energia no local de consumo é necessário injetar quatro vezes esse valor à entrada, energia que precisa de ser produzida e paga.

 

 Quanto à densidade de energia, o H2 é a molécula mais leve do universo e à pressão de 700 bar permite armazenar 142 MJ/kg e 5,6 MJ/l ao passo que numa bateria de Li-Ion esses valores são (hoje!) da ordem dos de 2 MJ/kg e 5 MJ/l. Mas para armazenar o H2 são necessários depósitos muito pesados e essa vantagem perde-se.

 

Toda a cascata do H2, e as Pilhas de Combustível em particular, são tecnologia imatura, com tempos de vida curtos, assente em metais nobres, cara, altamente sensível a impurezas no H2 e para a qual não se vislumbram, apesar do grande ímpeto para despejar milhões de euros sobre este vetor, formas de anular a sua alta inflamabilidade e perigosidade. Em suma, uma alternativa muito arriscada.

 

Produzir hidrogénio com eletricidade renovável (H2 verde) em Portugal visaria sobretudo armazenar mais eletricidade, para uso em períodos de escassez. Mas esta não é – de longe – a melhor solução tecnológica. Para compatibilizar a nova geração com as tecnologias em uso, parece-me fazer mais sentido utilizar a eletricidade renovável excedentária na produção de Metano (CH4 verde). O que envolveria um processo tecnologicamente maduro, fácil de controlar, mais seguro, mais eficiente e sobretudo compatível com a infraestrutura de transporte e de armazenamento de gás natural do país. Uma solução que permitiria alimentar diretamente cargas domésticas, industriais e de geração de eletricidade em Centrais de Ciclo Combinado - que hoje consomem gás natural - e os transportes marítimo e aéreo, com uso de combustíveis sintéticos. É isto que está a fazer a Califórnia para concluir a descarbonização em 2040, faltam só 20 anos!

 

 

 

Joaquim Delgado é docente na ESTGV-IPV e doutorado em Sistemas de Energia. Exerceu durante alguns anos atividade na indústria e além do ensino dedica-se hoje à investigação nos domínios da mobilidade elétrica, fontes de energia alternativas, melhoria da eficiência energética e qualidade da energia elétrica. É coautor do Manual da Qualidade da Energia Elétrica da EDP. Publicou cerca de 90 artigos em revistas, atas de conferências e livros. Foi coordenador do projeto de desenvolvido do primeiro Veículo Elétrico homologado em Portugal. Encontra-se a orientar projetos em mobilidade elétrica, Edifícios de Energia Zero, tecnologias de captura e armazenamento de energia.

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