Elon Musk está certo ou errado em descartar o uso de hidrogênio para armazenamento de energia com baixo teor de carbono?

O contexto está em transição da energia fóssil para as renováveis. Um aspecto fundamental disso é o transporte por meio de veículos a gasolina ou diesel e sua transição para motores elétricos acionados por baterias ou hidrogênio. A indústria de combustíveis fósseis deve se preocupar com a eficiência e o custo do transporte sustentável, porque isso determinará a velocidade da transição que provavelmente afetará o declínio da produção de petróleo e talvez a própria indústria de petróleo e gás.

Elon Musk conhece baterias. Ele os constrói: para impulsionar carros e caminhões, em um dos suportes, para gigantes em escala de grade que armazenam e estabilizam a energia elétrica para centenas de residências e empresas comerciais, no outro suporte.

Na semana passada, 12 de maio de 2022, Musk disse hidrogênio “é a coisa mais idiota que eu poderia imaginar para armazenamento de energia”. Esta não é a primeira vez, pois Musk fez comentários negativos semelhantes nos últimos anos. Alguns anos atrás, Musk disse a repórteres que as células de combustível de hidrogênio eram “extremamente bobas”.

O comentário idiota sobre o armazenamento de hidrogênio foi uma declaração abrangente. Musk estava se referindo ao armazenamento de eletricidade em escala de rede? Ou para armazenamento em veículos elétricos – EVs, como carros, caminhões e ônibus? Ou ambos?

Vamos dar uma olhada mais profunda nas aplicações da energia do hidrogênio e seu papel no armazenamento de eletricidade em oposição às baterias.

Armazenamento de hidrogênio em escala de grade.

À primeira vista, parece que Musk estava falando sobre armazenamento de eletricidade em escala de grade, porque ele falou sobre enormes tanques de combustível de hidrogênio líquido ou gasoso que seriam necessários para o armazenamento de hidrogênio. Outro relatório suporta isso.

Mas não se esqueça das grandes baterias que a Tesla
TSLA
as construções em escala de grade também são enormes. Na época, o maior bateria do mundo foi construído pela Tesla em 2017, em Hornsdale, Austrália, para armazenar 100 Mega Watts (MW) de eletricidade. Em 2020 foi atualizado para 150 MW.

A bateria armazena e estabiliza a energia dos parques eólicos que estão tornando a eletricidade no sul da Austrália quase livre de carbono. A bateria pode alimentar 8,000 casas por 24 horas ou mais de 30,000 casas por uma hora.

Mas Musk pode estar falando sobre o hidrogênio como fonte de energia em carros e caminhões…

Energia de hidrogênio para EVs de carros e caminhões.

De longe, a fonte de energia mais comum para EVs é a eletricidade armazenada em baterias.

Mas a eletricidade pode ser obtida de uma célula de combustível química na qual o hidrogênio reage com o oxigênio em uma célula semelhante a uma bateria para produzir eletricidade e água. Existem muitos tipos diferentes de células de combustível. Mas o hidrogênio é inflamável e pode causar incêndios ou explosões. Uma célula de combustível pode ser perigosa, especialmente se um EV bater.

As células a combustível de hidrogênio têm certas vantagens: (1) densidade de armazenamento de energia muito maior do que as baterias de íons de lítio, (2) maior autonomia, (3) mais leve e ocupa menos espaço e (4) tempo de recarga muito menor.

Em um comentário desconcertante no Twitter, em 1º de abril deste ano, Musk anunciou que ele apresentaria carros da Tesla que usam células de combustível de hidrogênio. Esta parece ser uma piada inteligente de primeiro de abril.

Os prós e contras essenciais das baterias EV versus células de combustível de hidrogênio foram documentados. Aqui está um resumo:

“Uma bateria de carro moderna pode armazenar 250 watts-hora de energia para cada quilo de íons de lítio. Um quilograma de hidrogênio, por sua vez, tem 33,200 desses watts-hora por quilo. Não, isso não é um erro. Sim, o hidrogênio é mais de 100 vezes mais denso em energia do que uma bateria de íons de lítio.”

“Os veículos elétricos movidos a bateria são fenomenalmente eficientes. Dependendo do modelo, eles podem apresentar uma eficiência de cerca de 70 a 80%. Em comparação, um veículo elétrico movido a célula de combustível de hidrogênio (FCEV) é positivamente parcimonioso, com uma eficiência geral em torno de 30 a 35 por cento… tão eficiente quanto alimentar diretamente uma bateria.”

De acordo com este relatório, o menor tempo de reabastecimento é o que economiza células de combustível de hidrogênio. As estações de carregamento atuais exigem cerca de 6 horas para reabastecer um semi-reboque movido a bateria de 500 milhas. Mas a Toyota e a Kenworth já possuem semirreboques a hidrogênio que podem ser reabastecidos em 15 minutos. Este é um divisor de águas para caminhões de longa distância com zero carbono.

Caminhões de hidrogênio da Hyzon.

Embora as baterias de íons de lítio sejam o mercado comercial para passageiros e outros EVs leves, a energia do hidrogênio está sendo testada para transporte de longa distância com um sistema de propulsão mais leve.

A Hyzon Motors é uma empresa em Rochester, Nova York, que desenvolve células de combustível e constrói caminhões. Depois de pesquisar por 20 anos, a Hyzon apresentou pilhas de células de combustível que têm a maior potência do mundo, são mais leves em cerca de metade e são mais baratas pela metade.

Esperava-se que os caminhões piloto estivessem na estrada até este ano, 2022. Para o caminhão menor, 5 cilindros de hidrogênio podem ser armazenados em um único rack. Uma segunda versão é projetada para armazenar 10 cilindros de hidrogênio para viagens mais longas.

Outras necessidades de combustível de hidrogênio.

Na transição das energias fósseis para as renováveis, existem os chamados setores difíceis de reduzir que não podem ser facilmente eletrificados para usar eletricidade verde.

Assim como caminhões de longa distância, aviões e navios são casos em que as baterias seriam muito grandes ou pesadas demais para serem transportadas. O hidrogênio contém cerca de três vezes a energia por quilograma de diesel ou gasolina.

Fornos industriais a carvão são muito quentes ou muito caros para serem aquecidos por eletricidade verde. No lugar do carvão, petróleo ou gás natural, o hidrogênio pode funcionar como combustível para fornecer o imenso calor necessário nos altos-fornos para criar aço verde. A siderúrgica sueca SSAB AB está se unindo à Volvo Cars para desenvolver aço livre de fósseis. A Volvo será a primeira montadora a testar e usar aço verde em um carro conceito. A produção comercial de aço verde está planejada para começar em 2026.

Hidrogênio verde versus azul.

O hidrogênio verde é feito por eletrólise da água, mas isso é ineficiente. De acordo com Musk, a quantidade de energia necessária – eletricidade que idealmente deveria ser verde mais energia para comprimir e liquefazer o hidrogênio – é impressionante.

O hidrogênio azul é uma forma alternativa feita de gás metano. 99% do hidrogênio produzido hoje é hidrogênio azul porque é muito mais barato que o hidrogênio verde. Mas é uma premissa falsa quando oferecida como uma solução livre de carbono para armazenamento de combustível ou energia.

O gás metano é usado como matéria-prima no processo de produção de hidrogênio azul. O metano vem da perfuração e fraturamento de poços de gás ou petróleo, onde a queima de gás e os vazamentos de metano em poços e oleodutos podem aumentar significativamente o aquecimento global. Assim, uma energia fóssil carbonatada é usada para produzir um hidrogênio livre de carbono da energia.

Mas não é exatamente livre de carbono, já que a decomposição química do metano leva ao hidrogênio e a um subproduto, o CO2, que é o principal gás de efeito estufa (GEE) que precisa ser descartado.

Entre esses dois negativos está um combustível sem carbono que queima para produzir apenas água. Uma maneira de melhorar o processo é obter a matéria-prima de metano de fontes de biogás, como aterros sanitários ou esterco de vaca, por exemplo.

O hidrogênio é portátil.

A Agência Internacional de Energia (IEA) apontou para outra vantagem de armazenamento de hidrogênio. É compacto como um líquido e pode ser transportado com cuidado por longas distâncias. Por exemplo, países como a Austrália, com grandes fontes de energia renovável solar e eólica, poderiam produzir hidrogênio por eletrólise e transportá-lo por caminhão-tanque para cidades carentes de energia no Sudeste Asiático.

Produção de hidrogênio no Novo México

A BayoTech é uma empresa que realmente produz combustível de hidrogênio no Novo México. O BayoGas Hub reivindica um gerador menor e mais eficiente que torna o hidrogênio mais barato e com menor pegada de carbono do que grandes usinas centralizadas que fornecem hidrogênio para fabricantes de produtos químicos e refinarias.

As matérias-primas podem ser gás natural limpo ou outras fontes renováveis ​​de biogás que podem produzir hidrogênio negativo em carbono.

Três hubs de hidrogênio estão sendo implantados nos EUA em 2022, com planos de expandir a rede para o Reino Unido e globalmente. Cada um dos hubs de hidrogênio na rede da BayoTech produz de 1 a 5 toneladas de hidrogênio por dia. O hidrogênio é entregue localmente em carretas de transporte de alta pressão com cilindros de gás.

Para seus planos de transporte de massa, a cidade de Champaign-Urbana, em Illinois, tem uma frota crescente de ônibus elétricos híbridos e de célula de combustível de hidrogênio. A cidade implantou dois ônibus de célula de combustível de hidrogênio em 2021.

Antes que o gerador de hidrogênio no local fosse concluído. A BayoTech foi chamada para fornecer hidrogênio portátil em caminhões de transporte de alta pressão, que carregavam as células de combustível para que os funcionários pudessem testar os ônibus.

De acordo com a BayoTech, os ônibus movidos a célula de combustível de hidrogênio funcionam tão bem quanto os ônibus convencionais a diesel, mas com zero emissões de gases de efeito estufa. As vantagens sobre os motores elétricos movidos a bateria incluem um alcance de 300 milhas, um tempo de reabastecimento de apenas 10 minutos e estações de abastecimento que podem acomodar até 100 ônibus.

É notável que uma grande quantidade de dinheiro - US $ 8 bilhões - foi destinada na Lei de Infraestrutura de 2021 para configurar hubs de hidrogênio, um mínimo de quatro deles, nos EUA.

Visão de hidrogênio da BP em Teesside, Reino Unido.

Em 2020, a bp reinventou-se como empresa integrada, tal como resumido no seu Energy Outlook 2020.

Seu mais recente empreendimento renovável é o Teesside hidrogênio, referindo-se a um centro industrial na costa nordeste da Inglaterra.

A visão é para Teesside para se tornar um importante centro de hidrogênio para transporte na aviação, transporte marítimo e caminhões pesados ​​– todos os setores onde é difícil usar a energia da bateria. Mas o conceito também inclui energia para indústrias difíceis de reduzir, como cimento e siderurgia.

O plano original, chamado H2Teesside, era gerar hidrogênio azul pela decomposição do metano, CH4, enquanto o biproduto do CO2 seria capturado e enterrado sob o oceano por um processo chamado CCS.

A recente adição do HyGreen eletrolisaria a água em hidrogênio verde e oxigênio. Isso é mais caro devido ao custo da eletrólise e da eletricidade limpa, se for usada.

Bp tem assinou um entendimento com Dai
DAI
mler Truck para iniciar a infraestrutura necessária para caminhões de hidrogênio com célula de combustível no Reino Unido.

Os projetos Teesside da bp combinam com os objetivos do governo do Reino Unido. Combinados, HyGreen e H2Teesside poderiam gerar 1.5 GW de produção de hidrogênio e entregar 30% da meta do governo de 5 GW até 2030.

Aprendizado.

Existem dois grandes pontos negativos que prejudicam os benefícios do hidrogênio azul e o deixam com uma pegada de carbono significativa. O hidrogênio verde é muito caro agora.

De acordo com o Rystad Energy, uma indústria de combustível de hidrogênio acessível e mais verde, que agora é cara, chegará um pouco tarde demais. Até 2050, apenas 7% da energia global será de hidrogênio para atender a um nicho da indústria para abastecer a aviação, transporte e fábricas de metais e produtos químicos.

Apesar das projeções limitadas de Rystad para o futuro do hidrogênio e da condenação de Elon Musk do hidrogênio como armazenamento de energia, parece que o hidrogênio desempenhará um papel ativo no armazenamento de energia.

Projetos de hidrogênio de pequena e grande escala estão em estágios de planejamento, ou já em operação, e mais inovações consolidarão o valor do hidrogênio como um componente de nicho de um futuro de baixo carbono.