Os desafios para ampliar a produção de hidrogênio verde

O hidrogênio é o elemento mais frequente no universo, um dos elementos-chave da vida, e o combustível que faz as estrelas brilharem tão claro. Segundo alguns especialistas, esse gás invisível seria parte importante da solução para combater as mudanças climáticas, porém sua oferta no mercado hoje é muito reduzida.  

Ao queimar sem deixar resíduos, o hidrogênio poderia substituir combustíveis sujos em setores como siderurgia e transporte marítimo, nos quais processos elétricos são inadequados ou caros demais. Porém suas moléculas são tão reativas que raramente são encontradas em forma pura.

Para cumprir suas promessas de sustar o aquecimento global, o mundo precisa produzir muito mais desse gás – e rápido. "Será um desafio extremo ampliar a produção renovável de hidrogênio no ritmo necessário a manter o aquecimento do planeta abaixo de 1,5 ºC", afirma Alejandro Nuñez-Jimenez, que pesquisa sobre o gás no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique.

Hidrogênio verde, azul ou cinza

Os especialistas designam por cores as diferentes formas de produzir hidrogênio, de acordo com seu grau de limpeza ambiental, e discordam quanto a que tipos devem ser fomentados.

A variedade verde é fabricada utilizando-se eletricidade de fontes renováveis para separar moléculas de água em átomos de hidrogênio e oxigênio. A cinza, que constitui quase o total da produção atual, resulta de gás metano e vapor, em um processo que emite dióxido de carbono. O hidrogênio azul é obtido pelo mesmo método, mas o carbono é capturado e armazenado.

Se toda a eletricidade usada na produção de hidrogênio verde provém de hidrelétricas, turbinas eólicas ou painéis solares, o resultado é um combustível que não aquece adicionalmente a Terra.

Caso sejam desenvolvidas técnicas melhores para captura de carbono – e as companhias de gás fecharem os vazamentos de metano – as emissões resultantes da obtenção de hidrogênio azul podem ser baixas o suficiente para acelerar a transição a uma economia limpa. Sendo mal feita, contudo, a produção de hidrogênio azul pode ser mais suja do que queimar diretamente gás natural.

Como frisa Nuñez-Jimenez, "fatores demais conspiram para tornar o hidrogênio azul muito mais complicado do que o renovável". No entanto, o gás pode ter um papel útil em certas circunstâncias.

A demanda por hidrogênio deverá disparar à medida que subvenções fluam para as tecnologias limpas e políticos elevam o preço de poluir a atmosfera. Se todos os projetos planejados forem levados a cabo, o volume de hidrogênio verde e azul deverá crescer, de menos de uma megatonelada em 2021, para mais de 20 megatoneladas até o fim da década atual, estima a Agência Internacional de Energia (AIE).

Pela quantidade de sol, vento e espaços disponíveis, especialmente no Nordeste, o Brasil tem potencial para se tornar um grande produtor e exportador de hidrogênio. O tema foi um dos assuntos tratados durante a visita do chanceler federal alemão, Olaf Scholz, ao país no final de janeiro.

Hora de estratégia de emergência

Para alcançar o zero líquido de emissões até 2050, o setor precisaria estar produzindo 100 megatoneladas de hidrogênio azul e verde em 2030. Porém dois obstáculos se interpõem à fabicação da variedade verde, que atualmente representa menos de 1% da produção mundial total.

O primeiro obstáculo é a construção de eletrolisadores para retirar o gás da água. A fabricação dos aparelhos vem transcorrendo em velocidade recorde e triplicou de 2020 a 2021, segundo a AIE. Porém ainda está muito longe de contribuir para o cumprimento da meta climática global.

Entre as barreiras ao setor está a escassez de irídio e platina, materiais custosos que funcionam como catalizadores da reação química para separação dos átomos. "Se esse custo baixar, o custo total baixará", diz o pesquisador Neethu Varghese, da Universidade de Gênova, na Itália.

Mas a escala do desafio é gigantesca. Segundo um estudo publicado em setembro de 2022 na revista Nature, mesmo que a capacidade de eletrólise cresça com a rapidez da energia eólica e solar – as maiores histórias de sucesso da transição energética –, até 2035 o hidrogênio verde não chegará nem a 1% da demanda global de energia.

Em outros momentos da história, porém, já se registraram saltos de produção inusitados – com o devido apoio estatal. Durante a Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos fabricaram aviões de combate a uma velocidade sem precedentes; nos anos 1970, a França despejou vultosas verbas públicas no setor nuclear; e a China coordenou a construção da maior rede ferroviária de alta velocidade do mundo em apenas uma década.

Portanto, concluem os autores do estudo, adotando uma abordagem de emergência, os governos seriam capazes de fechar a lacuna entre a demanda e a oferta do hidrogênio verde.

Hidrogénio depende de – muita – energia renovável

O segundo obstáculo é o custo e disponibilidade da energia renovável necessária a realizar o processo de forma ecologicamente limpa. A AIE registra que em diversas regiões o hidrogênio verde tem sido capaz de competir em termos de custos com o cinza desde que os preços do gás natural da Rússia dispararam, após a invasão da Ucrânia.

No entanto, não é tão simples construir instalações eólicas e solares suficientes para produzir hidrogênio verde. Emboras as estimativas de quanto será necessário até 2050 variem, "descarbonizar a eletricidade e ter hidrogênio limpo exige gerar de 15 a 20 vezes mais energia renovável do que hoje em dia", avalia o consultor independente de energia limpa Gniewomir Flis.

Aqui há três grandes gargalos: o primeiro são as matérias-primas e fábricas necessárias à fabricação de equipamentos como hélices de turbinas e painéis solares. Em segundo lugar, oposição local e regulamentos atrasam o planejamento. E, por último, estão os altos preços da energia, encarecendo a construção das peças necessárias e dificultando a obtenção de financiamento.

"Pronto para hidrogênio" não significa estar pronto

Críticos apontam ainda que, ao apostar no hidrogênio para descarbonizar partes da economia, os governos se arriscam a ficar presos aos combustíveis fósseis.

Na Alemanha, os políticos aprovaram gasodutos de gás natural e construíram terminais para gás natural liquefeito (GNL) que alegam estar agora "prontos para o hidrogênio". No entanto, os terminais terão que ser substituídos, e provavelmente os gasodutos precisarão ser adaptados para transportar hidrogênio, diz Flis.

"Não é exato descrever um terminal de GNL como 'pronto para hidrogênio', em si", e prossegue: "Na realidade, converter tais instalações para esse fim é tão complexo que dificilmente será possível".

Problemas semelhantes poderão aparecer em outros setores: se as reservas de hidrogênio permanecerem baixas, os fabricantes de aço que abandonaram os fornos a carvão mineral terão que queimar gás fóssil em vez de hidrogênio verde.

Segundo Vaitea Cowan, diretora executiva da fábrica de eletrolisadores Enapter, os tomadores de decisões precisam "definir claramente o que é hidrogênio renovável", a fim de ajudar o setor a atrair investimentos. E têm que "parar de subvencionar os combustíveis fósseis".