O hidrogénio (H) é uma substância gasosa, inflamável,
incolor, inodora, não metálica e insolúvel na água. Este elemento forma compostos
com a maioria dos elementos e está presente na água (H2O) e na maior
parte dos compostos orgânicos. Tem papel particularmente relevante na química
ácido-base, em que muitas reações envolvem a troca de protões entre moléculas
solúveis.
Foi descoberto em Londres, Inglaterra, em 1766, pelo químico
inglês Henry Cavendish (1731-1810), ao identificar as suas propriedades,
designando-o por ar inflamável. Em 1783, o químico francês Antoine Laurent de
Lavoisier (1743-1794) chamou-lhe hidrogénio.
Com uma massa atómica de aproximadamente 1,0
u, é o elemento menos denso. Geralmente, apresenta-se em forma molecular,
formando o gás diatómico (H2) nas condições normais de temperatura
e de pressão (CNTP).
O ponto de fusão do hidrogénio molecular é -259,2 ºC e o ponto de ebulição
é -252,9 º C. Devido às suas caraterísticas, sobretudo a capacidade de armazenar
energia, é usado como combustível.
O hidrogénio
pode ser usado para cozinhar e para fazer a calefação interna
de casas. O aquecimento a hidrogénio foi proposto como alternativa para
abastecer a maioria das residências do Reino Unido até 2050. O
governo britânico pretende lançar projetos de demonstração para mostrar como o
combustível pode abastecer regiões que contêm centenas de casas.
O hidrogénio é o elemento químico que mais existe
na natureza, constituindo aproximadamente 75% da massa elementar do Universo.
Todavia, o hidrogénio
elementar é relativamente raro na Terra, pelo que era,
industrialmente, produzido a partir de hidrocarbonetos presentes
no gás natural, tais como metano, após o que a maior parte do hidrogénio
elementar é usada em cativeiro (ou seja, no lugar de produção). Assim, produz-se, normalmente, pela
extração de combustíveis fósseis, através de processos químicos, mas pode
extrair-se da água, por produção biológica, através de um biorreator de algas
ou usando a eletricidade (eletrólise) ou o calor (termólise), ou ainda,
quimicamente, por reação redox).
Dependendo da matéria-prima empregada na produção, os
diversos tipos de hidrogénio são classificados em preto, castanho, cinza, azul,
roxo, rosa, turquês, amarelo, branco e verde.
O hidrogénio verde, o que importa considerar, de momento, é o
produzido quando se usa energia renovável, para promover a eletrólise
da água.
O hidrogénio verde certificado requer uma redução de emissão
de >60-70% (dependendo do organismo de certificação) abaixo do limite de
intensidade de emissões de referência, por exemplo, emissões de gases de efeito
de estufa (GEE) de hidrogénio cinza, valores de referência, de acordo com a diretiva
de energia renovável RED II, de 2018, da União Europeia (UE).
***
A
descarbonização do planeta é um dos objetivos estipulados por países de todo o
Mundo até 2050. Nesse sentido, a descarbonização de um elemento como o hidrogénio
– atualmente responsável por mais de 2 % das emissões totais de dióxido de
carbono (CO2) no Mundo –, que resulta no hidrogénio verde, revela-se
um dos pontos-chave, para muitas aplicações: cozinha, calefação, transportes, agricultura,
bem como produção de eletricidade e de água potável.
O hidrogénio verde é uma forte alternativa, quando a
eletrificação não é possível. E é eficiente e 100 % sustentável a ponto de
alguns especialistas preverem que será o combustível do futuro.
A nossa forma de vida precisa de cada vez mais watts (W)
para funcionar (o watt é a unidade de potência do Sistema Internacional de Unidades). As últimas estimativas da Agência Internacional da
Energia (AIE), publicadas no final de 2019, vaticinam o aumento da procura global de energia, entre
25 e 30 %, até 2040, o que, numa economia, até agora, dependente do
carvão e do petróleo, significará mais CO2 e o agravamento
das mudanças climáticas. Porém, a descarbonização do planeta
propõe um mundo diferente até 2050: mais acessível, eficiente e sustentável e
movido por energias limpas como o hidrogénio verde.
Para tanto,
dispõe de uma tecnologia baseada na geração de hidrogénio – um combustível universal, leve e muito reativo –
através do processo químico conhecido como eletrólise. Este método
utiliza a corrente elétrica para separar o hidrogénio do oxigénio que existe na
água. Por isso, se essa eletricidade for obtida de fontes renováveis, então
produziremos energia sem emitir dióxido de carbono na atmosfera.
Esta maneira
de conseguir hidrogénio verde, tal como indica a AIE, pouparia os 830 milhões de toneladas anuais
de CO2, que se originam quando este gás é produzido por combustíveis
fósseis. Da mesma forma, substituir todo o H2 cinza
mundial significaria 3.000 TWh (1012watts-hora)
renováveis adicionais por ano – similar à demanda elétrica atual na
Europa.
Contudo, há
algumas interrogações sobre a viabilidade do hidrogénio verde pelo seu alto
custo de produção. São dúvidas razoáveis que desaparecerão à medida que a
descarbonização do planeta avance e, por consequência, se torne mais barata a
geração de energia renovável.
Tal como
indica a AIE, a sua procura global como combustível triplicou desde 1975, até
chegar a 70 milhões de toneladas anuais, em 2018. Além disso, o hidrogénio
verde é uma fonte de energia limpa que só emite vapor de água e não
deixa resíduos no ar, ao contrário do carvão e do petróleo.
A relação do
hidrogénio com a indústria já vem de longe. Foi usado como combustível, desde o começo do século XIX, em carros, em dirigíveis
e em naves espaciais. A descarbonização da economia mundial, um
processo inadiável, dar-lhe-á mais destaque; e, se a sua produção lhe reduzir o
preço em 50 %, até 2030 (tal como prevê o Conselho Mundial do Hidrogénio),
estaremos, sem dúvida, perante um dos combustíveis do futuro.
Porém, o hidrogénio
verde tem vantagens a par de desvantagens.
Do lado das
vantagens, aponta-se-lhe a sustentabilidade, a 100%, visto que não emite gases
poluentes nem durante a combustão nem durante o processo de produção; a
armzenabilidade, pois é fácil de armazenar, o que permite a sua utilização
posterior em outros usos e em momentos diferentes do da produção; e a versatilidade,
uma vez que pode ser transformado em eletricidade ou em combustíveis
sintéticos e ser utilizado com finalidades comerciais, industriais ou de
mobilidade.
No âmbito
das desvantagens, sobressai o custo mais
alto, já que a energia procedente de fontes renováveis, fundamentais
para gerar hidrogénio verde, através da eletrólise, é mais cara de gerar, o
que, por sua vez, torna mais cara a obtenção do hidrogénio; um maior gasto de energia, pois a
produção do hidrogénio, em geral, e do verde, em particular, requer mais
energia do que outros combustíveis; e maior atenção com a segurança, dado
que o hidrogénio é muito volátil e inflamável, exigindo, por isso,
requisitos de segurança elevados para evitar fugas e explosões.
O hidrogénio
como combustível é uma realidade em países, como os Estados Unidos da América, a
Rússia, a China, a França ou a Alemanha. Outros, como o Japão, vão mais além,
pretendendo uma economia de hidrogénio.
É possível a
obtenção de eletricidade e de água potável com a reação do hidrogénio e do oxigénio
numa pilha de combustível. Este processo tem sido muito útil em missões
espaciais, por exemplo, ao fornecer às tripulações água e eletricidade, de
forma sustentável. Por outro lado, os tanques de hidrogénio comprimido são
capazes de armazenar energia, durante longos períodos de tempo, e são
mais simples de manejar do que as baterias de iões de lítio, porque são mais
leves.
A
grande versatilidade do hidrogénio permite o seu uso nos nichos de
consumo muito difíceis de descarbonizar como: o transporte pesado, a aviação ou
o transporte marítimo. Há diferentes projetos neste sentido, como Hycarus e
Cryoplane – promovidos pela UE – que planeiam introduzi-lo em aviões de
passageiros.
Em 2020, as principais empresas europeias anunciaram planos
para mudar as suas frotas de camiões para energia de hidrogénio e já estão
sendo projetadas, pela Airbus, aeronaves movidas a hidrogénio, com
o lançamento planeado da primeira aeronave comercial até 2035. No
entanto, a Airbus alertou que o hidrogénio não será amplamente utilizado em
aeronaves antes de 2050.
São já usados,
às vezes, gasodutos de gás natural para transportar hidrogénio. Contudo, isso
não é isento de desafios. Muitos oleodutos precisariam de ser atualizados para
o transporte de hidrogénio. Por ouro lado, a indústria de gás natural e as suas infraestruturas podem
representar um óbice à adoção do hidrogénio verde para países que pretendem a
neutralidade carbónica. Um programa piloto em Capelle-la-Grande,
França, misturou hidrogénio na rede de gás de 100 residências. E oficinas
termoelétricas a gás natural também podem ser convertidas para queimar
hidrogénio, servindo para fornecer energia de reserva durante períodos de alta procura.
O
hidrogénio verde pode ser usado para produzir amoníaco verde, o principal
constituinte da produção de fertilizantes. O Hydrogen Council sugeriu, em 2021,
que o amoníaco verde terá custos competitivos com a amónia produzida
convencionalmente (amónia cinza) até 2030.
A partir de 2020, o mercado global de hidrogénio foi avaliado em 900 milhões de dólares americanos (US$ 900 milhões)
e deve atingir US$ 300 biliões, até 2050. De acordo com analistas
da Fitch Solutions, o mercado global de hidrogénio pode saltar para 10%, até
2030. O número de investimentos em hidrogénio verde aumentou de
quase nenhum, em 2020, para 121 gigawatts, em 136 projetos em fases de planeamento e desenvolvimento, totalizando
mais de US$ 500 biliões em 2021. Empresas de todos os países formaram consórcios para
aumentar a produção do combustível cinquenta vezes, nos próximos seis anos. O mercado pode valer mais de US$ um trilião, por ano, até 2050, de
acordo com Goldman Sachs.
***
Aguardamos pela energia verde, a bem da saúde do planeta e da nossa;
esperamos que os lóbis das indústrias fósseis não levantem uma voz perturbadora
da nova era; e é desejável que os custos baixem com a generalização e com a sofisticação
das tecnologias de produção e de distribuição.
2023.06.06 –
Louro de Carvalho
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