Hidrogénio Verde: oportunidades e desafios

Portugal possui recursos eólicos e solares excecionais, ideais para promover a produção de H2V, garantindo uma pegada de carbono baixa. A localização estratégica do nosso país posiciona-o como um potencial hub de exportação de hidrogénio (e derivados de baixo carbono) para outros países europeus, ao mesmo tempo que importa H2V de outras regiões, como a América Latina ou o Norte de África.

O ‘hidrogénio verde’ (H₂V) é um tema que tem ganho muita atenção nos últimos anos, como uma solução para fazer face às mudanças climáticas e descarbonização da economia global.

Neste artigo, exploraremos o papel do H₂V na transição energética, as principais rotas de produção, a sua versatilidade, os principais desafios e oportunidades que oferece a Portugal.

Foi no auge da crise petrolífera dos anos 70 que o hidrogénio surgiu pela primeira vez como uma nova alternativa energética aos combustíveis fósseis. A sua abundância na natureza, associada ao seu elevado teor energético por unidade de massa e processo de combustão limpo, do qual resulta apenas vapor de água, posicionam-no como uma promissora alternativa aos combustíveis fósseis.

Atualmente, o contexto, apesar de diferente, é igualmente desafiante e consagra o hidrogénio como uma resposta clara ao trilema energético. Poderá, então, o hidrogénio ser uma alternativa energética viável garantindo uma resposta energética sustentável, económica e segura?

Todos os anos são produzidos, globalmente, cerca de 120 milhões de toneladas de hidrogénio, sendo na sua esmagadora maioria (95%) produzido com recurso a gás natural. Este “hidrogénio cinzento” está longe de ser isento de emissões carbónicas, pelo que o caminho da massificação da produção de hidrogénio deverá, inevitavelmente, passar pela produção de H₂V.

A produção de H₂V é conseguida através do processo de eletrólise, utilizando eletricidade proveniente de fontes de energia renováveis como o sol ou o vento, para a separação da molécula da água. Com o aumento da penetração de renováveis no mix energético global, a eletrólise assume-se como uma realidade, marcando um avanço significativo na jornada de descarbonização.

A potencialidade do hidrogénio é considerável uma vez que se assume como um vetor fundamental na descarbonização em três importantes setores: a produção de energia, o armazenamento e os transportes.

Em indústrias onde a eletrificação é altamente desafiante e, por vezes até, inexequível, como é o caso das indústrias pesadas, o hidrogénio oferece uma alternativa real, tal como já se tem vindo a verificar nos últimos anos, em que é vastamente utilizado na refinação de petróleo, produção de amoníaco e metanol. Estes setores, dominados atualmente pelo hidrogénio cinzento, poderão no futuro também integrar centrais fotovoltaicas próprias onde o gás natural poderá ser combinado com H₂V.

Avançando ao longo da cadeia de valor da energia, no sentido de analisar o mix energético português, caracterizado por uma forte componente renovável, a produção de H₂V surge associada a uma enorme capacidade de aproveitamento da abundância energética que existe em intervalos particulares do dia ou mesmo de estações do ano, como é exemplo o excesso de PV que tem vindo a projetar os preços de mercado para valores negativos e provocado elevados níveis de curtailment. Esta energia pode ser aproveitada pelos eletrolisadores que funcionarão nos períodos de excesso de produção de energia eléctrica com o intuito de produzir hidrogénio (verde) que pode ser armazenado para períodos de maior escassez energética.

Relativamente ao setor dos transportes, a solução poderá estar numa lógica combinada entre mobilidade elétrica, biocombustíveis e hidrogénio, sendo este último mais adaptado a transportes pesados, uma vez que a autonomia deste tipo de veículos vem diretamente associada à disponibilidade de armazenamento em volume, de forma custo-eficácia.

Apesar do seu enorme potencial, existem três desafios fundamentais no desenvolvimento de projetos de H₂V em larga escala:

Custos de produção

Em primeiro lugar, tudo se resume a competitividade. Como referido anteriormente, praticamente todo o hidrogénio produzido actualmente deriva de gás natural, com um custo de produção na ordem de 1 – 3 USD/kg.

A produção de H₂V oferece uma alternativa às fontes fósseis, garantindo uma redução de emissões na ordem de 90 a 95% em comparação à rota convencional do gás natural. Contudo, investimentos intensivos e uma necessidade elevada de eletricidade resultam numa faixa de custo de 4 – 10 USD/kg, bastante mais oneroso do que a alternativa fóssil. Esta disparidade de custos desencoraja a adoção generalizada de H₂V em vários setores.

A energia elétrica e o CAPEX representam atualmente ~50% e ~35% do custo do H2V, respectivamente. Os custos tenderão a diminuir à medida que (i) a nova capacidade de fontes renováveis de energia seja instalada e que (ii) os custos de eletrolizadores capturem ganhos de escala e incorporem desenvolvimentos tecnológicos. O ritmo de diminuição do custo depende, porém, da velocidade de crescimento da procura do H₂V – um clássico dilema de ‘galinha e ovo’.

Fonte: Global Hydrogen Review 2023 (IEA), publicado em Setembro de 2023

Infraestrutura

A infraestrutura atual de armazenamento, transporte e distribuição de hidrogénio serve para fornecer hidrogénio para fins industriais, predominantemente petroquímicos, onde também é produzido. Dessa forma, o hidrogénio é produzido na sua maioria perto de onde é consumido.

Numa perspectiva de aproveitar as oportunidades de cada região para construir cadeias de valor de H₂V e apoiar a descarbonização de ‘hard-to-abate sectors’, revela-se necessário desenvolver infraestrutura a nível global. Em termos práticos, isto implica investir (i) em capacidade de produção de H₂V e demais vetores energéticos (como amoníaco ou metanol), (ii) em infraestrutura de armazenagem e transporte, e (iii) na adaptação de processos industriais, permitindo ligar a oferta à procura.

Atualmente, a infraestrutura dedicada a este tipo de projetos é ainda incipiente e a construção de uma rede robusta é um dos desafios que dificulta a adoção.

Fonte: Global Hydrogen Review 2023 (IEA), publicado em Setembro de 2023

Normalização regulatória

Dado o elevado prémio verde necessário para promover a adoção (ou seja, a diferença entre os custos de produção do H₂V e fóssil), os Estados Unidos e a União Europeia – mercados com arcabouço regulatório mais desenvolvido – recorrem a obrigações (‘stick’) ou incentivos (‘carrot’) para acelerar a adoção de H₂V.

Dessa forma, o estabelecimento de normas, regulamentos e sistemas de certificação que precifiquem os atributos ambientais e garantam a sua conformidade são de suma importância para facilitar a adoção do H₂V. Governos comprometidos com o H₂V estão a desenvolver regulamentação e sistemas de certificação com este propósito – embora existam semelhanças entre diferentes regulamentações, também há discrepâncias significativas, que, em última análise, levam ao aumento da complexidade e dos custos de transação.

Antes de mais, Portugal possui recursos eólicos e solares excecionais, ideais para promover a produção de H₂V, garantindo uma pegada de carbono baixa.

A localização estratégica de Portugal posiciona o país como um potencial hub de exportação de hidrogénio (e derivados de baixo carbono) para outros países europeus, ao mesmo tempo que importa H₂V de outras regiões, como a América Latina ou o Norte de África.

Além disso, Portugal já possui uma rede de gás natural desenvolvida que pode ser reaproveitada para o transporte de H₂V. Em Junho de 2023, a REN anunciou um projeto de adaptação da rede de gás natural (1.375 km) para transportar até 10% de H₂V em regime de blending, em paralelo ao desenvolvimento de valleys 100% H₂, como o caso de Sines.

Por fim, Portugal enquadra-se num ambiente regulatório favorável, promovido por políticas públicas ao nível europeu, bem como nacionais, tendo sido pioneiro na promoção de H₂V. A UE é uma referência global regulatória para fomentar iniciativas que acelerem a transição energética. O H₂V não é exceção. Alguns dos principais desenvolvimentos regulatórios incluem o European Green Hydrogen Initiative, Renewable Energy Directive III, Fit-for-55, EU Hydrogen Strategy, entre outros.

Além das iniciativas mencionadas, a UE constituiu um Banco de Hidrogénio com o objetivo de financiar novos projetos de H₂V. Em Abril de 2024, Portugal e Espanha ganharam metade dos 720 milhões de euros atribuídos em subsídios à produção. Três projetos espanhóis e dois portugueses, em Sines, ganharam coletivamente mais de 590 milhões de euros, o que reforça o potencial da região para desenvolver novas cadeias de valor de H₂V.

Fontes:

https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-fuel-basics#:~:text=Many%20hydrocarbon%20fuels%20can%20be, steam%20reforming%20of%20natural%20gas.

https://iea.blob.core.windows.net/assets/ecdfc3bb-d212-4a4c-9ff7-6ce5b1e19cef/GlobalHydrogenReview2023.pdf

https://www.swp-berlin.org/publications/products/research_papers/2023RP13_GeopoliticsHydrogen.pdf

https://www.euractiv.com/section/energy-environment/news/spain-portugal-take-home-most-of-e720m-eu-hydrogen-award/

Gielen, D.; Taibi, E.; Miranda, R. Hydrogen: A Renewable Energy Perspective: International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2019. Available online: www.irena.org (accessed on 14 May 2023).