Como é produzido o hidrogénio verde?

Durante anos, ouvimos falar do hidrogénio como combustível. Uma vez que actua como um transportador de energia e não como uma fonte de energia primária, o seu impacto nas emissões de gases com efeito de estufa varia consoante seja ou não produzido utilizando combustíveis à base de carbono.

O hidrogénio verde. Este combustível revolucionário é muito promissor na mitigação das alterações climáticas e na redução da nossa dependência dos combustíveis fósseis, porque é produzido utilizando fontes de energia renováveis como a energia solar, eólica ou hidroelétrica.

O hidrogénio verde é gerado através de um processo amigo do ambiente. Durante a eletrólise, a água é dividida nos seus elementos constituintes, hidrogénio gasoso e oxigénio, e o gás hidrogénio é capturado e armazenado para várias aplicações.

Hidrogénio verde versus hidrogénio azul ou cinzento

Em que é que a produção de hidrogénio verde é diferente de outros métodos? O hidrogénio verde é produzido utilizando apenas fontes de energia renováveis, garantindo zero emissões de carbono ao longo do seu ciclo de vida. Em comparação, o hidrogénio azul e o hidrogénio cinzento são produzidos utilizando combustíveis fósseis, como o gás natural ou o carvão.

Verde vs Azul vs Cinzento Hidrogénio

Hidrogénio verde

O hidrogénio verde é derivado de fontes de energia renováveis e oferece uma via sustentável para a descarbonização. O processo de eletrólise utilizado para o produzir depende exclusivamente da eletricidade gerada a partir de fontes renováveis, como a energia solar, eólica ou hidroelétrica.

O processo garante que a entrada de energia é limpa e livre de emissões de gases com efeito de estufa. Como resultado, todo o ciclo de vida do hidrogénio verde, desde a produção até à utilização, é caracterizado por um impacto ambiental mínimo.

Hidrogénio azul

A produção de hidrogénio azul utiliza gás natural ou outros combustíveis fósseis para alimentar a eletrólise. No entanto, as emissões de carbono geradas durante a produção são capturadas e armazenadas no subsolo, evitando que sejam libertadas para a atmosfera. Embora o hidrogénio azul tenha uma pegada de carbono mais baixa do que o hidrogénio cinzento, continua a depender de combustíveis fósseis.

Hidrogénio cinzento

O hidrogénio cinzento é produzido através de processos que incluem a reforma do metano a vapor e a gaseificação do carvão, sendo os combustíveis fósseis o principal fator de produção. O processo liberta emissões de dióxido de carbono para a atmosfera sem captura ou armazenamento de carbono. Consequentemente, a produção de hidrogénio cinzento liberta gases com efeito de estufa, agravando as alterações climáticas.

Benefícios ambientais e de sustentabilidade

Quando o hidrogénio verde é produzido, o único subproduto é o vapor de água, o que o torna um portador de energia sustentável. Isto torna o hidrogénio verde uma solução convincente para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em sectores tradicionalmente difíceis de descarbonizar, como a indústria pesada e os transportes.

A versatilidade do hidrogénio verde estende-se a vários sectores. Pode ser utilizado como combustível limpo para os transportes, alimentando veículos eléctricos a pilhas de combustível e eliminando as emissões nocivas do tubo de escape. Além disso, o hidrogénio verde pode ser utilizado na produção de energia, proporcionando uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis. Também pode ser utilizado como matéria-prima em processos industriais, substituindo materiais intensivos em carbono e reduzindo a pegada de carbono global das indústrias.

Eletrólise do hidrogénio

Durante o processo de eletrólise, a água é separada em hidrogénio gasoso e oxigénio em instalações especializadas, conhecidas como fábricas de produção de hidrogénio verde.

  • Transformar a água em hidrogénio limpo: O processo de eletrólise começa com a preparação da água como material de entrada. Para garantir a qualidade do gás hidrogénio resultante, é introduzida água de elevada pureza no dispositivo eletrolisador.
  • Tipos de electrolisadores: São utilizados dois tipos principais de electrolisadores na produção de hidrogénio verde: os electrolisadores alcalinos, que utilizam um eletrólito alcalino líquido, normalmente hidróxido de potássio, e os electrolisadores de membrana de permuta de protões (PEM), que utilizam uma membrana polimérica sólida como eletrólito.
  • Configuração e conceção de células de eletrólise: As células de eletrólise são constituídas por um ânodo e um cátodo separados pelo eletrólito. O ânodo e o cátodo são normalmente feitos de materiais especializados, como o níquel ou a platina, que podem suportar as condições adversas da eletrólise.
  • Reacções electroquímicas: Durante o processo de eletrólise, ocorrem reacções electroquímicas no ânodo e no cátodo. Quando a eletricidade é aplicada a estes eléctrodos, as moléculas de água perdem electrões no ânodo, formando gás oxigénio e iões de hidrogénio com carga positiva. Simultaneamente, os iões de hidrogénio ganham electrões no cátodo, produzindo gás hidrogénio.
  • Geração de saída: À medida que o processo de eletrólise prossegue, o gás hidrogénio é recolhido no cátodo, enquanto o gás oxigénio é recolhido no ânodo. O gás hidrogénio pode então ser capturado, armazenado e utilizado para vários produtos de hidrogénio verde, tais como combustível para veículos com células de combustível de hidrogénio ou para fornecer uma fonte de energia limpa para processos industriais.

Energizar a produção de hidrogénio verde

Numa instalação de produção de hidrogénio verde, a fonte de energia utilizada para a eletrólise determina a sustentabilidade e o impacto ambiental do processo. O hidrogénio verde é produzido utilizando eletricidade proveniente de fontes de energia renováveis, o que o torna um facilitador essencial de um futuro energético limpo e sustentável.

  • Energia solar: A energia solar é uma fonte de energia renovável que aproveita a energia da luz solar através de painéis fotovoltaicos ou sistemas solares térmicos. Numa central de produção de hidrogénio verde, podem ser instalados painéis solares para captar a energia solar e convertê-la em eletricidade.
  • Energia eólica: Outra máquina renovável para a produção de hidrogénio verde é a energia eólica. Estrategicamente posicionadas em áreas com ventos fortes e consistentes, as turbinas eólicas geram eletricidade à medida que as suas pás captam a energia cinética do vento.
  • Energia hidroelétrica: A energia hidroelétrica aproveita a energia da água corrente ou em queda para gerar eletricidade. Nesta abordagem, a água armazenada em reservatórios é libertada e a força do movimento da água faz girar as turbinas, produzindo energia eléctrica.

Integração do armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia armazenam o excesso de eletricidade produzida por fontes renováveis durante os períodos de alta produção e fornecem-na aos electrolisadores quando a produção de energia renovável é baixa ou intermitente.

  • Armazenamento de energia em baterias: Os sistemas de armazenamento de energia em baterias armazenam a eletricidade excedente gerada a partir de fontes renováveis e descarregam-na quando a procura de eletricidade na central de produção de hidrogénio verde excede a sua capacidade de produção atual.
  • Armazenamento de hidrogénio: Além de armazenar o excesso de eletricidade, o hidrogénio verde produzido também pode ser armazenado para utilização futura. Os sistemas de armazenamento de hidrogénio verde, como os tanques de hidrogénio comprimido ou as cavernas subterrâneas, proporcionam um meio de armazenar grandes quantidades de hidrogénio verde.

Aumentar a produção de hidrogénio verde

O aumento da escala dos electrolisadores de água comerciais para a produção de hidrogénio verde implica a exploração de vários métodos de produção, incluindo abordagens centralizadas e distribuídas. Cada método tem vantagens e a escolha depende de considerações como a disponibilidade de recursos, o desenvolvimento de infra-estruturas e as necessidades energéticas regionais.

  • Produção centralizada de hidrogénio verde: Na abordagem centralizada, as instalações de electrolisadores em grande escala são estabelecidas estrategicamente, muitas vezes perto de fontes de energia renováveis. Estas instalações são concebidas para produzir volumes substanciais de hidrogénio verde para satisfazer a procura de várias indústrias e sectores.
  • Produção distribuída de hidrogénio verde: Em contrapartida, a produção distribuída de hidrogénio verde envolve instalações de máquinas de eletrólise da água em menor escala, localizadas mais perto dos utilizadores finais ou em complexos industriais específicos. Esta abordagem permite uma produção de hidrogénio mais localizada, reduzindo os custos de transporte e distribuição.

Integração e colaboração

O aumento da produção de hidrogénio verde exige a colaboração entre as partes interessadas, incluindo governos, agentes da indústria, instituições de investigação e investidores.

  • Desenvolvimento de infra-estruturas: O desenvolvimento de uma infraestrutura abrangente para o hidrogénio inclui instalações de armazenamento de hidrogénio, redes de transporte e estações de reabastecimento para aplicações de transporte. A colaboração entre os participantes da indústria, os governos e os promotores de infra-estruturas é essencial para garantir a expansão atempada e coordenada do ecossistema do hidrogénio.
  • Investigação e desenvolvimento: Os esforços contínuos de investigação e desenvolvimento são vitais para fazer avançar os sistemas e tecnologias industriais de eletrólise da água, a fim de melhorar a eficiência, reduzir os custos e melhorar o desempenho global da produção de hidrogénio verde. Os investimentos em inovação, ciência dos materiais e otimização de processos podem conduzir a avanços tecnológicos, tornando o hidrogénio verde mais viável economicamente e acelerando a sua adoção em todas as indústrias.

 

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À medida que a procura de hidrogénio verde aumenta, o aproveitamento de fontes de energia renováveis e a utilização de modelos avançados de electrolisadores de hidrogénio tornarão possível a produção de hidrogénio verde em grande escala.

Com a nossa vasta experiência em purificação de água e o compromisso de construir fortes relações com os clientes, a MECO está bem posicionada para contribuir para esta indústria transformadora. Contacte a nossa equipa de especialistas hoje para explorar como a MECO pode apoiar as necessidades de produção de hidrogénio verde e ajudar a navegar no caminho para a produção sustentável de hidrogénio verde.