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Em que condições o hidrogênio pode servir à neutralidade climática?

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Ines Bouacida | PESQUISADORA | IDDRI

Desde o verão de 2020, o hidrogênio está nos holofotes da União Europeia: oito Estados-Membros e a Comissão Europeia publicaram uma estratégia para a implantação do hidrogênio até 2030 e 2050 com a mobilização de grandes investimentos – incluindo quase 9 bilhões de euros da França – em parte no âmbito do plano de recuperação europeu pós-Covid-19. Embora a implantação do hidrogênio possa contribuir para a descarbonização dos principais setores econômicos, com o objetivo de alcançar a neutralidade climática, particularmente na indústria e no transporte, sua implantação deve seguir critérios rigorosos em termos de uso, métodos de produção e fornecimento e infraestrutura. Esses critérios estão atualmente em discussão a nível europeu no contexto de “Fit for 55”, inclusive como parte da revisão da energia renovável, e no âmbito do pacote de gás, mas também a nível francês através do processo de revisão da Estratégia Nacional de Baixo Carbono, que será aprovada pelo Parlamento no verão de 2023. 

Uma chave, mas “nicho”, vetor de descarbonização 

Hoje, o hidrogênio é produzido a partir do gás natural (metano fóssil) e usado na indústria, onde é usado quase exclusivamente como reagente químico, principalmente em refinarias e na indústria química, especialmente para a produção de amônia. É o caso também na França, onde a produção de hidrogênio é responsável por 3% das emissões nacionais. Até que ponto e em que condições o hidrogênio pode ajudar a alcançar a neutralidade climática em conformidade com o Acordo de Paris? 

O hidrogênio pode ter um papel importante como reagente químico ou portador de energia na descarbonização dos chamados setores “difíceis de diminuir”, ou seja, indústria e transporte pesado ou de longa distância. A vantagem do hidrogênio sobre outros vetores é que é relativamente fácil de armazenar por longos períodos, especialmente em comparação com a eletricidade, e que é “facilmente” transportável devido à sua densidade energética bastante alta em termos de massa. O hidrogênio pode ser usado direta ou combinado com CO2 para formar combustíveis sintéticos (amônia, metano, querosene), que oferecem a vantagem de substituir seus equivalentes de combustíveis fósseis, evitando a necessidade de grandes adaptações aos equipamentos. No entanto, para muitos propósitos, o hidrogênio e seus derivados são relativamente menos eficientes em termos de energia e tem sua distribuição com valor mais elevado que em comparação com alternativas (notadamente o uso direto da eletricidade). Portanto, é necessário distinguir as aplicações do hidrogênio que seriam relevantes para alcançar a neutralidade climática.

  • Aplicações sem alternativas ao hidrogênio ou derivados. Isso se refere aos usos industriais existentes de hidrogênio que requerem descarbonização (refinarias, indústria química). Embora, de uma perspectiva neutra em termos climáticos, muitas dessas aplicações devem ser em grande parte eliminadas, haveria também novos usos industriais (particularmente o aço). Em relação ao transporte de longa distância (ar e mar), o hidrogênio poderia desempenhar um papel na forma de querosene sintético ou amônia, por exemplo. 
     
  • Aplicações onde existem alternativas, mas onde o hidrogênio ainda pode desempenhar um papel porque seu desempenho técnico e econômico é semelhante ao das alternativas: calor de alta temperatura na indústria, transporte pesado e armazenamento no sistema elétrico. A contribuição do hidrogênio para esses setores depende de escolhas estratégicas de longo prazo, da evolução dos setores industriais e do progresso tecnológico no hidrogênio e suas alternativas. 

Por outro lado, muitas aplicações onde o hidrogênio poderia teoricamente ser usado não são relevantes em um contexto de descarbonização (ou, na melhor das hipóteses, são apenas marginalmente aplicáveis), pois seriam muito menos eficientes do que alternativas, notadamente para transporte de curta distância, aquecimento em edifícios e para combinar com metano. 

Finalmente, o hidrogênio como combustível para usinas térmicas e como solução de armazenamento para eletricidade renovável variável em tempos de excedente pode fornecer flexibilidade valiosa para o sistema elétrico a longo prazo, especialmente quando há uma alta penetração de eletricidade renovável variável. A necessidade de mobilizar hidrogênio para esse fim dependerá da evolução do consumo de energia elétrica e do desenvolvimento de outras soluções de flexibilidade no sistema. As perdas significativas de energia envolvidas na conversão da eletricidade em hidrogênio e na volta à eletricidade significam que esse uso só deve ser aplicado com moderação em momentos em que o desequilíbrio oferta-demanda é maior, como picos de consumo de inverno. 

Aplicações benéficas para hidrogênio a partir de uma perspectiva de neutralidade climática de acordo com a classificação do IDDRI (refino, amônia e fertilizantes, produtos químicos, aço, transporte marítimo e aviação) representariam entre 19 TWh e 62 TWh em 2050, de acordo com as estimativas da RTE em suas duas vias de hidrogênio até 2050 para a França (“referência” e “hidrogênio+”¹), enquanto a demanda total de eletricidade seria entre 645 TWh e 754 TWh até esta data ² . Isso destaca o modesto papel do vetor de hidrogênio em um sistema de energia neutro em carbono a longo prazo: vital para um pequeno número de setores de “nicho”, mas relativamente limitado em termos de volume. 

Imagem: Shuttertock

Em um sistema neutro em carbono, o hidrogênio é geralmente mais caro do que alternativas fósseis 

Em um sistema neutro em carbono, a produção de hidrogênio deve ser descarbonizada, o que só é possível através da eletrólise a partir de renováveis ou eletricidade nuclear. A reforma do gás natural, com ou sem captura e armazenamento de carbono (CCS), só pode ser uma solução temporária, pois as emissões de CO2 geradas não podem ser totalmente capturadas e devido à sua dependência do combustível fóssil, o que levanta questões-chave da viabilidade econômica dos investimentos.  

A disponibilidade de eletricidade renovável ou nuclear suficiente para atender às necessidades industriais e de transporte de hidrogênio é uma questão importante em um contexto de eletrificação (por exemplo, aquecimento em edifícios), que exige uma limitação da demanda de hidrogênio. Além dos volumes de hidrogênio produzidos pela eletrólise, seu custo é um fator importante para a implantação de aplicações. Mesmo no longo prazo, parece que a maior parte da produção de hidrogênio seria mais cara do que soluções alternativas de combustíveis fósseis, na ausência de regulamentações específicas, como um preço de carbono. Isso ressalta a importância das políticas de apoio tanto para direcionar o hidrogênio para áreas prioritárias, quanto para garantir uma oferta competitiva a longo prazo. Esse apoio também visa garantir que os países da União Europeia ominem tecnologias de produção de eletrólise e usos atualmente subdesenvolvidos, a fim de limitar a dependência futura. 

Importações: como definir hidrogênio “sustentável”?

Embora a maior parte dos gastos anunciados com hidrogênio na UE esteja focada na produção nacional, fala-se também em importar produtos de hidrogênio ou hidrogênio para aproveitar fontes de gás natural mais baratas ou de eletricidade renovável em outros lugares do mundo, como Marrocos, Namíbia e Chile.  

Tais trocas poderiam, em teoria, representar uma boa oportunidade econômica devido ao baixo custo de produção de energia renovável em algumas áreas. No entanto, as condições práticas para a implementação são complexas e as oportunidades de comércio devem responder a perguntas sem resposta: como a infraestrutura de hidrogênio deve ser financiada em países não europeus? Em que forma o hidrogênio deve ser transportado (gás, líquido, combustível derivado)? Como os países produtores podem reduzir as emissões domésticas, garantir as necessidades energéticas de suas populações e produzir hidrogênio “sustentável” para exportação? Esta última questão pode ser resolvida como parte da necessária discussão sobre os critérios ambientais para o hidrogênio “sustentável” no contexto doméstico.  

Os possíveis planos de importação de hidrogênio e derivados de hidrogênio para a UE exigem uma estreita cooperação entre os Estados-Membros para garantir uma convergência de abordagens à importação. Em primeiro lugar, é importante concordar com os critérios para a definição do hidrogênio “sustentável” no contexto doméstico e também no de possíveis importações, e, em segundo lugar, definir os caminhos possíveis em termos de necessidades de hidrogênio e potencial comércio entre os países europeus. Finalmente, os Estados-Membros poderiam construir conjuntamente parcerias de importação com países fora da Europa, promovendo uma visão ambiciosa do hidrogênio em termos ambientais e sociais, compatível com os objetivos do Acordo Verde.

REFERÊNCIAS:

  • 1. RTE (2021). Futurs Energétiques 2050. Le rôle de l’hydrogène et des couplages (Chapter 9).
  • 2. RTE (2021). Futurs Energétiques 2050. Principaux résultats.

FONTE: https://www.iddri.org/en/publications-and-events/blog-post/under-what-conditions-can-hydrogen-serve-climate-neutrality

09/02/2022

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