Hidrogênio azul: o futuro da energia sustentável

O hidrogênio é provavelmente o elemento químico mais conhecido por ser um importante viabilizador da vida na Terra. Suas características físico-químicas diferentes despertou interesse dos estudiosos anos atrás, porém o seu uso como fonte de energia renovável é relativamente recente. Conhecido como “o combustível do futuro”, o hidrogênio possui um potencial energético muito pouco explorado e é alvo de diversas pesquisas ao redor do mundo que buscam consolidá-lo indo em direção a um mundo mais sustentável. Mas e o hidrogênio azul?

Neste conteúdo abordaremos:

• O que é o hidrogênio azul e qual a sua importância
• Como funciona a sua produção
• Quais as suas vantagens ambientais

O que é o hidrogênio azul?

No sentido de busca de energias mais limpas o hidrogênio se apresenta de diversas formas. Nomeados por cores, os principais são o hidrogênio verde, azul, cinza e o rosa.  Neste texto nós aprofundaremos os estudos do hidrogênio azul, esclarecendo nas próximas linhas o que seria o hidrogênio azul, uma visão simplificada da sua produção e quais as suas vantagens em relação a outros meios de se obter energia. 

O hidrogênio azul é um tipo de hidrogênio que caminha para um mundo mais sustentável utilizando as bases que temos hoje, o que o torna mais viável e interessante industrialmente. Isso porque ele é o hidrogênio produzido por fontes fósseis (principalmente o gás natural), porém, combinado ao processo de captura e armazenamento de CO₂. Esse processo, que será melhor descrito à frente, resulta em um hidrogênio baixo em carbono, também chamado de gás descarbonizado, e não completamente livre, tornando-o mais viável para os dias atuais. 

Como funciona a produção de hidrogênio azul?

A partir de compostos como o metano, por exemplo, realiza-se um processo químico chamado “reforma” para obter hidrogênio por um lado e dióxido de carbono por outro. Dentro desse contexto, a produção de hidrogênio azul é, em grande parte, baseada no conceito de CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage). O qual possui como objetivo principal impedir a liberação de CO₂ para a atmosfera, abrangendo assim, alternativas de captura, utilização e armazenamento do carbono. Dessa maneira, é, justamente, a aplicação de CCUS que transforma o hidrogênio cinza em azul, posto que ambos são produzidos a partir do gás natural,  pela tecnologia de reforma a vapor e possuem o CO₂ como subproduto. Assim, a diferença primordial entre esses dois processos reside no destino final do gás carbônico emitido.

Reforma a Vapor do Metano (SMR)

Esse processo consiste em um reator alimentado por metano e vapor d’água, culminando na produção endotérmica  de um gás de síntese, o qual, em seguida passa por uma reação de  deslocamento gás-água (reação de shift), produzindo mais H₂ e CO₂. A produção de hidrogênio puro exige a separação do combustível da corrente de processo.  Tal CO₂ pode ser facilmente capturado através de correntes com concentrações e pressões parciais relativamente altas desse gás. 

Entretanto, isso permite a captura de apenas 60-65% de todo o gás carbônico gerado no processo completo. Posto que o CO₂ oriundo dos gases de exaustão, são de um nível de complexidade bem maior, o que leva a um processo com baixa viabilidade econômica. Assim, o SMR, acaba por se tornar, na maioria das vezes, limitado a uma captura de aproximadamente 60% de CO₂.

Reforma Autotérmica do Metano (ATR)

Por outro lado, a reforma autotérmica é norteada pela combinação do processo de reforma a vapor com a oxidação parcial do metano. Dessa maneira, alimenta-se o reator com oxigênio (O₂) puro,  fazendo com que o CO₂ não se dilua por N₂, o que facilita a sua captura. Porém, para que isso seja possível, exige-se a instalação de equipamentos para a separação e o consumo de eletricidade, aspectos típicos do processo criogênico

Além disso, a liberação de calor da oxidação parcial (reação exotérmica) acaba por suprir a reforma endotérmica, excluindo, portanto, a necessidade de uma fonte  externa de calor. Dando continuidade ao processo, de modo análogo à SMR, faz-se a reação de shift, objetivando maximizar a produção de H₂ e CO₂.  Assim, todo o CO₂ do processo ATR passa a ser produzido na corrente principal, em condições favoráveis à captura, também, aumentando as taxas da mesma.  

Assim sendo, esse processo de produção de hidrogênio azul é capaz de capturar 90% do CO₂ gerado e, consequentemente, é mais interessante em comparação ao SMR. As limitações de captura, estão, com isso, limitadas apenas à eficiência do sistema de separação escolhido, que marca a etapa final do processo. 

Captura de Carbono

Independentemente da forma de processamento utilizado, ambos necessitam da captura de carbono, e realizá-se esta de diferentes maneiras:

• Pré-combustão: obtem-se o CO₂ diretamente do combustível, sem a ocorrência de combustão, passando pelos pelas partes iniciais e reação de shift, para ser, por fim, separado dos outros compostos. Apresenta pressão e concentração relativamente facilitando sua remoção e reduzindo  gastos energéticos. 
• Pós-combustão: a separação se dá após a queima, na presença de ar atmosférico, e consiste em uma remoção dos gases de exaustão, uma mistura gasosa, na qual CO₂ está diluído. Geralmente, envolve altos custos e consumo de energia.
• Oxi-combustão: realiza-se a queima do combustível com oxigênio (O₂) puro. Nesse caso, apesar da captura ser mais simples, pois não envolve N₂, a própria produção de oxigênio tem custos elevados.

Qual a importância do hidrogênio azul? 

O fomento da produção do hidrogênio azul no Brasil e no mundo é importante em diversos fatores, representando uma solução às necessidades energéticas atuais. Ele coopera principalmente com:

• A redução de emissões de gás carbônico, o armazenamento e a captura de carbono envolvidos nesse processo corrobora com diminuição da pegada de carbono. Nesse mesmo viés, de maneira mais indireta, o hidrogênio azul ajuda no combate a poluição do ar. Isto porque a sua combustão, diferentemente dos combustíveis fósseis, gera apenas água. E também coopera com o mundo nos desafios climáticos promovendo um uso mais responsável de recursos naturais.
• Diversificação da matriz energética,  o hidrogênio azul pode entrar em uma sociedade para também diversificar sua matriz energética. Dessa forma ele diminui a dependência de combustíveis fósseis deste local, criando um ambiente mais estável para o crescimento econômico.
• Fomenta a indústria do hidrogênio promovendo uma transição energética sustentável. Como já debatido neste conteúdo o quanto é importante uma transição energética para fontes mais limpas, e o hidrogênio azul representa um intermediário muito interessante para esse caminho que o mundo precisará percorrer. 

Como a Propeq pode te ajudar no ramo de energias sustentáveis?

Nesse conteúdo, abordou-se o conceito de hidrogênio azul, sua produção e notoriedade. Você ficou interessado nessa área e gostaria de saber rotas para se produzir hidrogênio azul? Ou até analisar a viabilidade técnica e econômica de uma rota que tenha em mente? A Propeq, consultoria júnior em Engenharia Química da Unicamp, está aqui para te ajudar! Clique abaixo e entre em contato com um de nossos consultores!