Eficientização de UTEs com hidrogênio avança no Brasil

Considerado o vetor energético do futuro, as frentes de atuação aderentes ao advento do hidrogênio têm crescido cada vez mais no planejamento das empresas e dos setores elétrico, de óleo e gás, siderurgia e outros que podem aproveitar a transversalidade e conectividade da molécula associada a diversas cadeias produtivas para descarbonização das economias. O Instituto Avançado de Tecnologia e Inovação (IATI) tem liderado quatro projetos via programa de P&D da Aneel, com objetivos que estão sendo comprovados para otimização dos custos de produção do insumo através do aproveitamento de perdas térmicas, químicas e de motores, aumentando a eficiência e descarbonização de processos industriais e da geração de energia.

Em entrevista à Agência CanalEnergia, o diretor-presidente do IATI, Guilherme Cardim, disse que apesar da redução dos custos na geração solar e eólica estar tornando viável a produção do hidrogênio em todo o mundo, o primeiro debate é baixar a equação financeira do H2 verde, que atualmente está numa média de US$ 5 o kg, tendo 70% do seu custo oriundo da energia elétrica utilizada em seu processo de obtenção, com a escala do cinza ficando numa média um pouco acima de US$ 1,00 o kg.

“Quando aproveitamos uma perda para gerar energia elétrica na ponta da cadeia, o hidrogênio terá um custo reduzido e competitivo através de eficientização de processos”, destaca, referindo-se as iniciativas promissoras para validação das novas tecnologias que estão sendo desenvolvidas pelo instituto.

Laboratório tem planta solar associada para avaliar impacto da intermitência eletrolisador (IATI)

Suape

A primeira começou em 2019 e utiliza o hidrogênio para fazer a assistência da combustão do óleo, cuja velocidade de queima é menor que a do H2, com essa injeção aumentando por inteiro a massa de combustível que entrou na câmara e conferindo uma economia de 10% do óleo, numa tecnologia testada e validada agora para aplicação real em uma térmica da Petrobras e da Suape Energética, com a intenção de evoluir em breve os contatos para outras UTEs.

“É uma tecnologia que usa hidrogênio para otimizar a queima de um combustível fóssil e toda tecnologia disruptiva vai passar por um momento de transição, por isso o grande potencial da solução”, analisa Cardim, ressaltando que sem o H2 parte desse combustível não é queimado e sai como hidrocarboneto, emitindo mais poluição à atmosfera.

O projeto angariou R$ 6 milhões em investimentos e já teve etapas de simulação com um grupo gerador e montagem de toda adaptação eletrônica e de motor para entender o funcionamento. A economia de 10% é líquida, com a energia usada para eletrólise sendo da eficiência do próprio motor, de 15%, conferindo um total de 25% bruto. “Quando se pega uma térmica de médio porte, o maior custo é com os combustíveis, cerca de pelo menos R$ 1 bilhão por ano com o insumo”, contextualiza o executivo.

Ele também frisou que o sistema não precisa de tanques de armazenamento, com o eletrolisador estando acoplado ao motor e produzindo sob demanda, o que é relevante para aplicações de grande escala, economizando na infraestrutura física e aumentando a segurança da operação. “Já validamos para motores a diesel e óleo pesado e evoluindo agora para motores a gás, com a iminência de começar outro projeto no Norte do país, além do setor de mobilidade pesada, como nos caminhões”, complementa Cardim.

Comissão do Senado visitou recentemente instalações em Pecém. Expectativa para regulação até 2024 (Agência Senado)

Pecém

O segundo projeto começou em 2021 e objetiva promover o apoio à produção de H2 verde no Complexo Industrial e Portuário de Pecém (CE). Realizado em parceria com a EDP, que investiu R$ 45 milhões no protótipo, será utilizado para produção em larga escala, com o Gesel participando na parte de estudos de modelos de negócios e viabilidade financeira. Pela parte do IATI foi montada uma planta solar de 3 MW em 2022 para alimentar o eletrolisador fornecido pela Hytron. A inauguração nesse ano perfaz uma produção 250 m³ por hora, buscando a aplicação para geração direta da usina. Ainda que a planta já esteja em operação, a conclusão efetiva de todo projeto é para 2024.

“Estamos desenvolvendo um dispositivo para fazer também o auxílio da combustão na caldeira, reduzindo o consumo e emissões de diesel na planta”, comenta o diretor do instituto. O segundo objetivo da inciativa é a concepção de um tanque de armazenamento nacional para o vetor, mais leve e simples de fabricar e que suporte uma densidade maior, exigindo menos pressão no processo de compressão.

GNA I

Já o terceiro projeto é financiado pela EDF e pela Gás Natural Açu e envolve a implementação de um sistema híbrido de geração de energia elétrica e H2, combinando fontes renováveis e não renováveis. Através da captação de energia térmica residual e do uso de painéis fotovoltaicos, a tecnologia é capaz de gerar eletricidade, alimentando assim eletrolisadores alcalinos para a produção de hidrogênio e oxigênio como combustível.

“Eficientizar processo e aproveitar perdas do calor residual para gerar H2 por meio da eletrólise, transformando a energia que seria desperdiçada através de processos químicos para geração de hidrogênio”, resume Guilherme Cardim.

Eletrolisador produzindo sob demanda junto ao motor traz benefícios para aplicações em escala (IATI)

O especialista salienta que em uma primeira rodada de testes os resultados apresentaram diferentes rendimentos, como de 87% na troca térmica entre a fonte de calor e o gerador de eletricidade; de até 60% na troca térmica e geração de eletricidade; e outra mensuração ainda em andamento, sobre a troca térmica e geração de H2, com previsão de obtenção de resultados nos próximos dois meses.

“Independente do percentual de aproveitamento, a tecnologia já traz ganhos por si só, mas vamos trabalhar para desenvolver soluções com eficiência mais altas”, acrescenta o especialista, informando que o projeto iniciou em 2022 e ainda não está em fase de testes em campo, recaindo no momento em pesquisa no laboratório do IATI. Nos próximos meses o experimento já estará funcional em uma escala reduzida, para depois partir para a segunda fase de testes nas duas usinas.

Termopernambuco

O quarto projeto também começou no ano passado e propõe avaliar a viabilidade do uso de H2 verde na geração termelétrica e na mobilidade industrial brasileira, através da implementação de um sistema de produção local que utiliza energia solar e a tecnologia Proton Exchange Membrane (PEM) de eletrólise na Termopernambuco. A usina contará com a instalação de um eletrolisador da Hytron e uma planta solar de 120 KWp, com conclusão prevista até o fim do ano. Será um modelo reduzido em relação a usina de 3 MW de Pecém, haja visto que o uso do H2 renovável será para substituir o H2 cinza que a usina já utiliza para resfriamento dos geradores.

“Entendo que esse é um caminho muito interessante de aumentar a demanda pelo hidrogênio verde no mundo, que já conta com um mercado de cerca de US$ 200 bilhões, mas sendo 95% pela escala da cor cinza”, opina, ponderando que nenhum agente irá investir em sistemas de produção e tecnologia se não existe mercado. A conclusão do projeto data para meados de 2024 e prevê ainda uma segunda aplicação com uma estação de abastecimento para uma empilhadeira da Neoenergia. O aporte para tal é de R$ 16,5 milhões.

Desafios de escala

Apenas nos contratos diretos do IATI nos quatro projetos estão sendo movimentados R$ 14 milhões em investimentos, dentro de um total de R$ 70 milhões que envolvem todas as contrapartes. O instituto trabalha atualmente com um portfólio geral de aproximadamente R$ 100 milhões em aportes contratuais entre 20 projetos em execução, em frentes como mobilidade elétrica e cidades inteligentes, além de R$ 10 milhões de outras duas iniciativas que estão em vias de assinatura, uma de hidrogênio e gás natural, citada no começo dessa reportagem, e outro de um biodetergente para limpeza de motores de uma UTE à óleo.

“Temos um grupo específico que trabalha no tema, tendo como coordenador Robson Carmelo, que se debruça nesse assunto desde 1990, enquanto o primeiro projeto do IATI na área foi iniciado em 2018″, pontua Cardim.

Laboratório possui fornalha específica e impressoras 3D e de circuito eletrônico para testes  (IATI)

Segundo ele, em termos tecnológicos todos os aspectos dos projetos foram validados, mas quando se vai à campo surgem desafios de diversas naturezas, como naturais adaptações de infraestrutura física ou processos, além do custo e eficiência, que são diferentes de ambientes controlados como laboratórios, protegidos de variáveis como umidade do ar, temperatura e até a qualidade do combustível. “Outro ponto é que o fabricante do motor vai querer saber todos os detalhes pela questão da garantia do equipamento, sendo preciso envolver esse agente, além da capacitação de mão de obra”, complementa.

Questionado sobre o ritmo de avanço desse novo mercado no Brasil, que carece ainda de regulamentação, o dirigente do IATI reconhece o trabalho que vem sendo realizado pelo MME, Aneel e o CNPE, com o país assumindo compromissos junto à ONU e tendo criado um papel relevante internacionalmente, até liderando grupos de trabalho de transição energética pelo mundo. No entanto, para não perder “mais essa oportunidade”, seria preciso estar mais à frente nas questões regulatórias e geopolíticas, com os players aguardando o marco legal ainda para esse ano.

“Poderíamos estar num estágio de liderança e influenciando outros países com direcionamentos e regulações, que atenderiam aos interesses brasileiros”, analisa, lembrando do caso da Alemanha, que afirmou que energia hidráulica não gera H2 verde e que para uso de UFVs para mover os eletrolisadores só serão consideradas as usinas recentes, construídas nos últimos três anos. Outra crítica de Cardim é a morosidade dos prazos para efetivação da chamada pública estratégica da Aneel para o hidrogênio, que se encontra em consulta pública até 24 de julho.

Por fim, o diretor do IATI pondera sobre qual seria a cor de um H2 que teve uma fonte de energia proveniente da eficientização de um motor, numa questão de regulação que pode ser discutida, já que tem visto cada vez mais o setor elétrico deixando de lado essa classificação de cores para índices de sustentabilidade e carbono, trocando o termo hidrogênio verde por renovável, como aconteceu na CP da Aneel e como Agência Internacional para as Energias Renováveis vem utilizando.