Christian de Perthuis, Universidade Paris Dauphine – PSL
De Júlio Verne a Jérémy Rifkin, muitos foram os visionários que anteciparam o advento de uma sociedade do hidrogénio. Vamos ouvir o engenheiro Cyrus Smith, personagem principal de A ilha misteriosa (1875) :
« Oui, meus amigos, Acredito que um dia a água será usada como combustível, que o hidrogénio e o oxigénio que o constituem fornecerão uma fonte inesgotável de luz e calor e de uma intensidade que o carvão não pode ter. »
Há muito considerado uma miragem, o hidrogénio está a regressar com força no debate energético. A União Europeia publicou recentemente o seu estratégia de hidrogénio. E, nos trinta bilhões Plano de recuperação francês setas na ecologia, os dois mil milhões atribuídos ao hidrogénio constituem um verdadeiro salto em frente, multiplicando por vinte o dinheiro público anteriormente comprometido com este setor.
Estaríamos às vésperas de uma grande revolução graças a esse gás descoberto em 1766 pelo químico Cavendish?, então chamado de “hidrogênio” por Lavoisier?
Se o hidrogênio não é o milagre do romance de Júlio Verne, Por outro lado, ele pode constituem um vetor que acelera a transição energética em direção a fontes renováveis. Desde que o libertemos da sua actual dependência dos combustíveis fósseis.
Hidrogênio de ontem: um subproduto dos combustíveis fósseis
Representando 75% da massa gasosa do sol, o hidrogênio é considerado o elemento mais abundante do universo. Na Terra, raramente está presente em seu estado puro: muito leve, na verdade, não é mantido pela gravitação e escapa de seus reservatórios naturais.
No entanto, o hidrogênio está presente ao nosso redor, combinado com outros elementos. É, portanto, encontrado em cada molécula de água. Associado ao carbono, está em todas as plantas e animais. Combustíveis fósseis, eles próprios resultam da decomposição da matéria viva, não são exceção.
O hidrogênio pode ser produzido separando-o desses outros elementos.
De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), produzimos pedidos todos os anos 70 Mt de hidrogênio puro. A grande maioria deste hidrogénio provém do processamento de gás natural (69 %) e carvão (27 %). A eletrólise da água e outras vias fornecem o resto.
De 1975, a produção global de hidrogênio quadruplicou (veja o gráfico abaixo). Os dois principais mercados eram a refinação de petróleo – onde o hidrogénio é utilizado para dessulfurar e purificar combustíveis – e a produção de amoníaco., ele próprio destinado principalmente à fabricação de fertilizantes.
Este rápido desenvolvimento não contribuiu de forma alguma para a descarbonização das economias.
Em 2018, produção global de hidrogênio causou a liberação de 830 Monte de CO2 na atmosfera (Fonte AIE), ou seja, o equivalente a 2,5 vezes as emissões de CO2 da França ou 25% a mais do que as rejeições de todos os voos internacionais do ano.
Enquanto o hidrogénio continuar a ser um subproduto dos combustíveis fósseis, funcionar com hidrogênio ou usá-lo para produzir calor ajuda a reduzir a poluição local, mas não para reduzir as emissões de CO2.
O primeiro desafio da revolução do hidrogénio consiste em mudar para a produção sem carbono.
Amanhã: hidrogênio cinza, hidrogênio azul ou hidrogênio verde?
“Hidrogênio cinza” refere-se àquele obtido diretamente do gás natural ou do carvão. Por kg produzido, ele emite a ordem para 9 Kg de CO2 de gás e 20 Kg de carvão (veja o gráfico abaixo). Uma Europa, quase todo o hidrogênio vem do gás natural.
Uma primeira forma de limitar a sua pegada de carbono consiste em acoplar a sua produção a instalações de captura que recuperem parte do CO2 antes de se dissipar na atmosfera. Obtemos então “hidrogênio azul”, limitar os danos climáticos sem nos libertarmos da dependência dos combustíveis fósseis.
Nas condições atuais, o hidrogénio cinzento custa cerca de 1,5 euros/kg na Europa, um pouco mais do que nos Estados Unidos ou na China, onde o gás e o carvão são baratos. Além disso, os custos de armazenamento e transporte são limitados pela proximidade entre os locais de produção e consumo, estando a maioria das instalações atuais localizadas em refinarias ou complexos petroquímicos.
O custo das instalações de captura e armazenamento de CO2 é da ordem de 1€/kg. Em outras palavras, com um preço de CO2 da ordem de 100€/tonelada, seria rentável sistematizar estas instalações, passando do hidrogénio cinzento para o hidrogénio azul. Com a chave, ganhos potenciais nas emissões de CO2 da ordem de 750 Monte (2 % das emissões globais de CO2).
Outra forma de produzir hidrogênio é a eletrólise, que utiliza energia elétrica para recuperar o hidrogênio presente na água.. Se você usa eletricidade produzida com gás natural ou carvão, a operação não traz nenhum benefício para o clima: liberamos mais CO desta forma2 do que separando diretamente o hidrogénio do gás ou do carvão.
Ao acoplar um eletrolisador a uma fonte de eletricidade livre de carbono, obtemos “hidrogênio verde”, emissor não-CO2.
A operação é particularmente interessante, quando temos capacidades significativas de produção eólica ou solar cujo custo unitário de produção se tornou competitivo, tanto em face dos setores fósseis como nucleares, mas cuja injeção em larga escala esbarra na dificuldade da intermitência. A eletrólise permite então armazenar o excesso de eletricidade, transformando-o em hidrogênio, que se torna um integrador de fontes renováveis no sistema energético..
Como tornar o hidrogénio verde competitivo
O custo de produção de hidrogênio verde por eletrólise depende de três parâmetros: o preço da eletricidade usada no eletrolisador, o custo e a eficácia deste eletrolisador, os custos de transporte e armazenamento que pesam na balança assim que o local de consumo estiver longe do local de produção.
Atualmente, o custo de um kg de hidrogênio verde está em torno de 3 à 6 €/kg, ou seja, duas a quatro vezes maior que o hidrogênio cinza. Mas está em uma dinâmica de declínio acentuado, sob o impacto da queda do custo da eletricidade verde e da eletrólise.
Os vários planos para o hidrogénio visam acelerar o movimento graças a mudanças na escala de produção de eletrolisadores e a investimentos em redes de armazenamento e distribuição.. Este dinheiro público mobilizado do lado da oferta permite acelerar a industrialização dos pilotos resultantes da investigação e desenvolvimento. Seu uso é plenamente justificado.
A ajuda à utilização de hidrogénio verde sob a forma de suplemento de preço é mais questionável do ponto de vista económico. Não incentivam suficientemente os produtores a reduzir os seus custos e a estimular o consumo de energia. Eles poderiam ser bastante reduzidos ou desaparecer pelo preço do CO2 da ordem de 100 a 250 €/T.
A produção de hidrogénio verde a partir de biomassa renovável é outro caminho que poderá revelar-se interessante para a sua integração territorial.. Ainda está em fase experimental.. Duas opções estão sendo testadas na França: de madeira (projetos de Vitry-le-François e Estrasburgo) ou de biomassa agrícola (uso de cânhamo em Sarthe).
Novos usos do hidrogênio
Contribuir plenamente para a substituição energética, não basta aumentar a produção de hidrogénio verde. É também necessário desenvolver utilizações que permitam reduzir as emissões de CO.2 onde são mais difíceis de obter.
Em primeiro lugar, podemos injetar até 10 ou 20% de hidrogénio verde nas redes de gás, significativamente mais se convertermos parte deste hidrogénio em metano através de um processo chamado “metanação”. Por aqui está atualmente sendo testado na França em Fos-sur-Mer. Além do interesse em reduzir a participação de gás fóssil na rede, seu interesse é poder capturar e reutilizar parte das emissões de CO2 da siderúrgica Fos.
Segundo, o hidrogênio torna possível produzir eletricidade a partir de células de combustível a bordo. Os fabricantes asiáticos Toyota e Hyundai começaram a comercializar automóveis de passageiros a hidrogénio, que têm uma autonomia maior do que os automóveis eléctricos que utilizam baterias.. Eventualmente, as aplicações mais interessantes dizem respeito a veículos utilitários (ônibus e caminhão) para os quais o peso das baterias é uma restrição importante, trens quando as linhas não estão eletrificadas e, provavelmente mais tarde, os aviões.
ou CH4/CO2 no caso de produção de metano para obter produtos que atendam às especificações visadas pela aplicação, o hidrogénio verde poderá amanhã descarbonizar os processos industriais onde é difícil desenvolver substitutos para a energia fóssil. O mais importante diz respeito à produção primária de aço, onde o carvão é utilizado tanto como fonte de energia quanto como agente redutor do minério.. O hidrogênio poderia substituí-lo e fornecer aço com zero carbono. O primeiro piloto industrial que testa esta rota está em desenvolvimento no norte da Suécia, como parte do projeto Híbrido.
A Europa enfrenta a revolução do hidrogénio
A estratégia europeia para o hidrogénio aposta no desenvolvimento de uma oferta competitiva baseada no apoio à R&D, pilotos e projetos industriais que integram o hidrogénio em ecossistemas mais amplos. Graças a diferentes programas de investimento, A Europa colocou várias dezenas de milhares de milhões em cima da mesa.
A nova atenção dada à oferta constitui uma grande mudança na política climática europeia, que até agora se baseou mais no apoio à utilização de energia isenta de carbono do que na sua produção em território europeu..
Tais ações de promoção da procura tiveram sucesso, no caso de energia solar e baterias, deslocalizar uma grande parte da produção de equipamentos, perdendo simultaneamente o potencial de criação local de riqueza e de emprego.
eu'Alemanha, e agora o Implantar um novo setor industrial para a produção de gases renováveis em áreas rurais na França, recusar esta estratégia europeia, planejando investir respectivamente 9 e 7,2 bilhões em dinheiro público daqui 2030.
Eles têm vantagens significativas, com duas das três principais empresas da indústria global de gases industriais (Linde e Air Liquide), grandes fabricantes de equipamentos automotivos ou ferroviários, excelentes laboratórios de pesquisa públicos e uma infinidade de start-ups, muitas das quais originárias desses laboratórios. Alemanha depende de plano mais rápido para implantar energia renovável, apoio essencial ao hidrogénio verde.
A chave do sucesso será menos a quantidade de dinheiro público colocada na mesa, que a capacidade de reunir todos esses atores de diferentes origens em sinergia. É a este preço que faremos hidrogénio, não esta energia “inesgotável” que o engenheiro de A ilha misteriosa, mas um poderoso integrador de energias renováveis no sistema energético de amanhã.
Christian de Perthuis, Professor de economia, fundador da cátedra “Economia Climática”, Universidade Paris Dauphine – PSL
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