Hidrogénio verde
O hidrogénio verde é hidrogénio, H2, obtido por eletrólise da água com eletricidade de origem renovável, e cada metro cúbico transporta cerca de um terço da energia de um metro cúbico de gás natural.
Essa é a parte que quase nunca acompanha a definição. Verde qualifica a eletricidade usada na produção, não o gás produzido, e a fórmula é sempre a mesma, H2. Em inglês é green hydrogen, e no Brasil aparece abreviado como H2V.
Como funciona a eletrólise
A eletrólise funciona passando corrente elétrica contínua pela água, entre dois elétrodos, até a molécula se separar: o hidrogénio no cátodo e o oxigénio no ânodo, na proporção de duas moléculas de H2 para 1 de O2. É um experimento de laboratório com mais de dois séculos, e a novidade está na escala e na origem da eletricidade que o alimenta.
três tecnologias dominam os projetos anunciados: a eletrólise alcalina, madura e barata por kW instalado; a de membrana de permuta protónica, mais compacta e mais rápida a seguir uma produção elétrica variável; e a de óxido sólido, que trabalha a alta temperatura e aproveita calor residual. A escolha altera o consumo elétrico por quilograma produzido, e esse consumo varia com a tecnologia, com a carga do eletrolisador e com a idade das células, por isso esta página não imprime um rendimento único.
Porque é que o hidrogénio não é uma fonte de energia
O hidrogénio não é uma fonte de energia porque não se encontra livre em quantidade utilizável: tem de ser fabricado, e fabricá-lo consome mais energia do que depois devolve. É um vetor energético, como uma bateria, e não uma fonte como o vento, o sol ou um reservatório de gás.
Daí vem o papel que lhe é atribuído no armazenamento de energia. Havendo eletricidade renovável a mais do que a procura, essa eletricidade pode ir para um eletrolisador em vez de ser desperdiçada, ficar guardada como hidrogénio durante semanas ou meses, e voltar a eletricidade numa célula de combustível ou numa turbina. O balanço perde energia duas vezes, na produção e na reconversão, e o que justifica a perda é o armazenamento sazonal, que as baterias não fazem. É este o mecanismo por detrás da expressão fonte de energia do futuro.
O problema de unidade que quase ninguém conta
O problema de unidade aparece assim que se compara hidrogénio com gás natural por metro cúbico. O gás natural entregue em Portugal tem um poder calorífico superior de 11,8 a 12,0 kWh/m³(n) e chega à fatura com um fator de cerca de 11,2 kWh/m³. O hidrogénio, à mesma pressão e temperatura, transporta perto de um terço disso por unidade de volume, ou seja perto de 3,7 kWh por metro cúbico, que é um terço de 11,2. Esse valor é aritmética sobre a proporção, não um poder calorífico publicado para o hidrogénio.
| Grandeza | Gás natural da rede | Hidrogénio |
|---|---|---|
| Molécula | Metano, CH4, cerca de 90% da mistura | Hidrogénio, H2 |
| Energia por m³(n) | PCS de 11,8 a 12,0 kWh | Cerca de 1 terço, perto de 3,7 kWh |
| Fator usado na fatura | Cerca de 11,2 kWh/m³ | Não existe, não é faturado a clientes domésticos |
| Volume para 940,8 kWh | 84 m³, exemplo ilustrativo | Cerca de 250 m³ pela mesma proporção |
| Densidade relativa ao ar | Cerca de 0,6, valor aproximado | Bastante inferior, sobe e dispersa mais depressa |
Por quilograma a ordem inverte-se, porque o hidrogénio é o mais leve de todos os gases e leva muita energia em muito pouca massa. Esta página não imprime o valor por quilograma do hidrogénio porque não o verificou numa fonte primária; regista apenas que a comparação por massa e a comparação por volume dão resultados opostos, e que citar uma sem dizer qual compara coisas distintas.
O que muda na conduta e nos equipamentos
Na conduta muda mais do que a energia transportada. A molécula de hidrogénio é a mais pequena que existe e escapa por folgas que retêm metano, além de fragilizar certos aços sob pressão. A chama arde mais depressa e com uma cor quase invisível à luz do dia. O índice de Wobbe, que decide se um gás substitui outro sem afinar o queimador, é muito diferente do do gás natural, por isso um esquentador ou uma caldeira regulados para metano não dão a mesma potência com hidrogénio na mesma abertura.
Sim, o hidrogénio é inflamável, e o intervalo de concentrações em que arde no ar é bastante mais largo do que o do metano, que é de 4,4% a 16,4% em volume. Não tem cheiro, e a odorização é um problema em aberto porque nem todos os odorizantes usados no gás natural servem para as aplicações do hidrogénio. As percentagens de mistura admitidas numa rede existente são fixadas por cada operador para a sua rede e para os equipamentos ligados a ela, não por um número único, e esta página não imprime nenhuma. Como funciona o gás canalizado não muda; muda o que vai lá dentro.
Onde o hidrogénio verde entra primeiro
Entra primeiro onde já se usa hidrogénio como matéria-prima e não como combustível, porque aí a substituição não exige mudar nem a rede nem o equipamento do utilizador: refinação, produção de amoníaco para fertilizantes, metanol e redução direta de minério de ferro. Segue-se o transporte pesado e o armazenamento sazonal ligado à produção renovável. As desvantagens e os desafios estão no custo da eletricidade, no custo do eletrolisador, na água necessária e no transporte de um gás com pouca energia por metro cúbico, que obriga a comprimir, liquefazer ou converter em amoníaco para viajar.
Muitas pesquisas em português referem projetos fora da Europa, no Ceará com o complexo de Pecém e Fortaleza, no Piauí, na Bahia, no Rio Grande do Norte e na Austrália, onde foram anunciados polos de produção e exportação, alguns por empresas de eletricidade como a Neoenergia. Esta página não acompanha o estado desses projetos nem publica capacidades. Seja qual for o polo, o gás que sai dele é H2 com a mesma energia por metro cúbico, e a diferença entre uns e outros está na eletricidade que consomem, que é exatamente o assunto das cores do hidrogénio.
O erro comum e a unidade que fica
O erro comum é comparar hidrogénio e gás natural por metro cúbico, ou por preço ao metro cúbico, como se o volume medisse a mesma coisa nos dois casos. Não mede. Substituir metro cúbico a metro cúbico num queimador entrega cerca de um terço do calor, e comparar preços por metro cúbico faz o hidrogénio parecer três vezes mais barato do que é. O segundo erro é chamar-lhe fonte de energia limpa quando é um vetor: limpo ou sujo, o hidrogénio é tão limpo quanto a eletricidade que o produziu.
A unidade em que o hidrogénio verde se compara com o gás natural é o kWh, e nunca o metro cúbico. Entre biometano e gás natural o metro cúbico ainda serve, porque a molécula é a mesma; entre hidrogénio e gás natural só o kWh serve, e é por isso que a pergunta sobre se o gás natural é renovável não se resolve escolhendo um gás, resolve-se escolhendo a unidade.