O hidrogênio é uma alternativa limpa aos combustíveis fósseis porque não emite gases de efeito estufa ou poluentes. Entretanto, produzir hidrogênio em larga escala e implementá-lo em diversos setores é uma tarefa longa e desafiadora. Role para baixo para saber mais sobre o mercado de energia de hidrogênio, suas diversas aplicações e projeções futuras.
Conteúdo
O mercado global de geração de hidrogênio
Os usos do hidrogênio
O futuro do hidrogênio
O mercado global de geração de hidrogênio
O mundial hidrogênio mercado de geração deverá crescer em um CAGR de 10.5% para US$ 263.5 bilhões até 2027. A crescente demanda por hidrogênio para células de combustível em veículos elétricos e foguetes na indústria aeroespacial está impulsionando o mercado.
Além disso, as políticas econômicas nas quais os países se comprometem a alcançar a descarbonização global até 2050 impulsionaram o crescimento do mercado. Em 2020, a União Europeia estabeleceu um hidrogênio política que apóia iniciativas de produção de hidrogênio verde.
Estima-se que a Ásia-Pacífico seja o maior mercado para hidrogênio geração em 2022, com a China respondendo pela maior parcela. Siemens Energy (Alemanha), ENGIE (França) e Linde plc (Irlanda) são os principais players globais neste espaço.
Este artigo aborda tudo o que os investidores devem saber sobre o hidrogênio como fonte de energia, suas aplicações e seu futuro.
O que é hidrogênio?
O hidrogênio é um gás natural e um dos elementos químicos mais abundantes, representando 75% da massa do universo. É uma alternativa mais ecológica ao metano. Água, animais, plantas e seres humanos, todos contêm hidrogênio átomos. Embora seja encontrado em quase todos os seres vivos, o hidrogênio como gás é muito escasso.
Hidrogênio pode ser produzido a partir de diferentes recursos, incluindo energia nuclear, biogás, gás natural e energia renovável como solar e eólica. Mas o maior desafio é aproveitar o hidrogênio como gás em larga escala para abastecer os negócios.
Por que o hidrogênio é considerado essencial para o futuro?
Por muitos anos, o gás natural foi usado para abastecer o calor e a eletricidade em residências e empresas. Nos E.U.A, 47% das casas dependem do gás natural e 36% da eletricidade, enquanto 85% das residências no Reino Unido dependem do gás.
O metano é o principal constituinte do gás natural derivado de campos de petróleo e gás. As indústrias continuaram a usar o gás natural porque ele é prontamente disponível, econômico e uma alternativa mais limpa ao carvão, o combustível fóssil mais sujo do qual muitos países contam historicamente para aquecimento e geração de eletricidade.
Quando o gás natural é queimado, ele produz energia valiosa; no entanto, emite dióxido de carbono na atmosfera, contribuindo para as mudanças climáticas. Em contraste, o hidrogênio emite apenas vapor de água como subproduto.
Como o hidrogênio verde é diferente do hidrogênio cinza e azul?
O hidrogênio azul é produzido usando recursos não renováveis por meio de dois métodos diferentes. O método mais comum é a reforma do metano a vapor, que produz hidrogênio a granel e responde pela maior parte da produção global. Um reformador é usado neste método para reagir vapor em altas temperaturas e pressões com metano e um catalisador de níquel.
O segundo método é a reforma autotérmica, na qual o oxigênio, o dióxido de carbono ou o vapor reagem com o metano para produzir hidrogênio. A desvantagem desses dois métodos é que eles têm carbono como subproduto, necessitando de captura e armazenamento de carbono para capturar e armazenar esse carbono.
Alternativamente, o hidrogênio verde também pode ser produzido usando eletricidade para alimentar um eletrolisador, que separa o hidrogênio das moléculas de água. Isso resulta em hidrogênio puro e não libera nenhum subproduto. Um benefício adicional do uso de eletricidade é que ela permite desviar o excesso de eletricidade para a eletrólise, por isso é usado para produzir gás hidrogênio que pode ser armazenado para futuras necessidades energéticas.
Por fim, o hidrogênio cinza é produzido a partir de combustíveis fósseis, é relativamente barato e é comumente usado para fazer fertilizantes. Infelizmente, para cada 1 kg de hidrogênio cinza produzido, 10 kg de dióxido de carbono são liberados na atmosfera. Como resultado, é considerada a forma menos renovável de hidrogênio.
Os usos do hidrogênio
Hidrogênio tem uma variedade de aplicações e é usado em diferentes processos industriais. Nos Estados Unidos, quase todo o hidrogênio é usado para refinar petróleo, processar alimentos, produzir fertilizantes e tratar metais. As refinarias de petróleo do país usam hidrogênio para reduzir o teor de enxofre dos combustíveis.
Usado para exploração do espaço sideral
A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) usa hidrogênio como combustível de foguete desde a década de 1950. A NASA foi a primeira a alimentar sistemas elétricos de espaçonaves com células de combustível de hidrogênio.
Células de combustível de hidrogênio geram eletricidade
Combinando átomos de oxigênio e hidrogênio, hidrogênio as células de combustível geram eletricidade. Como uma bateria, o hidrogênio reage com o oxigênio em uma célula eletroquímica para gerar eletricidade. Existem vários tipos de células de combustível disponíveis para diferentes aplicações.
Pequenas células de combustível podem alimentar telefones celulares e computadores. Em contraste, grandes células de combustível podem alimentar redes elétricas, fornecer energia de emergência em edifícios e fornecer eletricidade em áreas que não estão conectadas a redes elétricas.
Em 2021, havia aproximadamente 166 geradores de energia elétrica de célula de combustível em operação em 113 pontos de venda nos Estados Unidos, com uma capacidade total de aproximadamente 260 megawatts (MW). Com cerca de 16 MW de capacidade de geração, a Bridgeport (Connecticut) Fuel Cell é a maior instalação de geração de célula de combustível individual.
A próxima maior instalação, o Red Lion Energy Center em Delaware, tem uma capacidade de geração de eletricidade de 6 MW. Quase todas essas células de combustível em operação usam gás natural canalizado como fonte de hidrogênio, enquanto outras usam gás de aterro e biogás.
Usado em usinas
Há um interesse crescente em usar hidrogênio em usinas nos Estados Unidos. Várias usinas de energia anunciaram seu desejo de operar com uma mistura de combustível de gás natural e hidrogênio em turbinas a gás de combustão. Por exemplo, a instalação de geração de energia Long Ridge de 485 MW em Ohio, que possui uma turbina de combustão a gás que funciona com uma mistura de 95% de gás natural/5% de hidrogênio, planeja usar 100% de hidrogênio verde produzido com recursos renováveis.
Outro exemplo é a usina da Intermountain Power Agency em Utah, que planeja converter uma usina de energia movida a carvão em uma instalação movida a gás combinada que usará inicialmente até 30% de hidrogênio e, eventualmente, usará 100% de hidrogênio verde.
Usado em veículos
De acordo com a Lei de Política Energética de 1992, hidrogênio é considerado uma alternativa ao combustível veicular. Há um interesse crescente no hidrogênio porque ele pode alimentar células de combustível em veículos de emissão zero, tem potencial para alta eficiência e possui potencial promissor para produção doméstica.
Uma célula de combustível pode ser 2 a 3 vezes mais eficaz do que os motores de combustão interna movidos a combustíveis fósseis. O hidrogênio também pode ser usado para abastecer motores de combustão interna, mas libera óxido de nitrogênio.
Veículos movidos a hidrogênio são menos hoje porque células de combustível são caros e há um número limitado de postos de abastecimento de hidrogênio. Existem cerca de 48 estações de hidrogênio disponíveis nos Estados Unidos e quase todas na Califórnia.
Países em transição para uma economia de hidrogênio verde
Australia: Apesar de ter uma presença insignificante nos mercados de hidrogênio verde, a Austrália colaborou com várias organizações para desenvolver projetos solares e eólicos que promovem a produção de hidrogênio renovável.
Localização: Canadá: O Canadá tem um próspero segmento de hidrogênio e células de combustível graças a parcerias conjuntas e investimentos dos setores público e privado. Players globais neste segmento, como Ballard Power Systems e Hydrogenics, também estão sediados no Canadá.
China: Os veículos a hidrogênio são isentos de impostos neste país, e o hidrogênio é visto como um meio potencial de descarbonizar o transporte. Além disso, Wuhan é considerada uma cidade de hidrogênio, pois planeja abrir pelo menos 100 postos de abastecimento estações para veículos com células de combustível por 2025.
Japão: O Japão é o líder mundial na fabricação de células de combustível de hidrogênio graças aos fabricantes de automóveis Toyota e Honda. A nação também está ansiosa para mudar do gás natural liquefeito para o hidrogênio verde.
O futuro do hidrogênio
demanda de hidrogênio
A curto prazo, hidrogênio será usado em setores com pressão social para descarbonizar. As empresas de bens de consumo na UE estão cada vez mais interessadas em fontes de energia renováveis.
Espera-se que o hidrogênio descarbonize a matéria-prima industrial e a geração de eletricidade em um futuro próximo. A longo prazo, a produção de amônia e combustíveis de hidrocarbonetos sintéticos derivados do hidrogênio permitirá a descarbonização dos setores mais difíceis de abater, como a aviação.
Suprimento de hidrogênio
O uso de hidrogênio só se tornará mais comum se o custo do hidrogênio verde cair significativamente. O hidrogênio azul provavelmente será usado para atender à demanda se os preços estiverem altos no curto prazo.
distribuição de hidrogênio
Um sistema de distribuição eficiente estará em vigor para fornecer hidrogênio, incluindo um gasoduto bem conectado e navios e caminhões. Porque um dedicado hidrogênio rede não será tão amplamente distribuída quanto a atual rede de gás natural, será necessária a distribuição de hidrogênio por meio de caminhões. As importações via dutos e navios serão fundamentais para atender a demanda doméstica.
Dados os altos custos de transporte, o hidrogênio local produzido a partir de eletricidade renovável de baixo custo permanecerá competitivo em relação ao hidrogênio importado. À medida que a demanda por hidrogênio cresce, a produção centralizada por meio de uma estrutura de dutos para armazenamento em larga escala se tornará mais atraente.
Perspectiva de política
A Europa provavelmente impulsionará a indústria do hidrogênio, abrindo novas oportunidades em outras regiões, como a produção de eletrolisadores e células de combustível na Ásia e a exportação de recursos renováveis do Oriente Médio e da América do Norte.
O custo de eletrolisadores e células de combustível deve ser reduzido para um suprimento de hidrogênio de curto prazo. No entanto, o hidrogênio sempre será mais caro que os combustíveis fósseis, necessitando de incentivos políticos para ser competitivo.
