Hidrogênio Verde Pronto para Substituir o Cinza à Medida que Novos Eletrocatalisadores Tornam a Produção Econômica

Hidrogênio Mais Barato e Mais Verde

O hidrogênio verde consiste em produzir hidrogênio como combustível a partir de fontes de energia renováveis, tornando-o uma alternativa aos combustíveis fósseis. No entanto, sua produção por eletrólise exige metais caros e raros da família da platina.

Pesquisadores coreanos Pr. Jungki Ryu da School of Energy and Chemical Engineering da UNIST e Pr. Dong-Hwa Seo do Department of Materials Science and Engineering da KAIST descobriram um novo tipo de catalisador, ruthenium, para evitar o uso de platina ou irídio.

Mais precisamente, a técnica utiliza uma liga de rutênio, silício e tungstênio (RuSiW) muito mais barata e menos prejudicial ao meio ambiente.

O Arco‑íris do Hidrogênio

O hidrogênio é o átomo mais abundante do universo, mas não é facilmente encontrado como combustível na Terra.

Atualmente, a maior parte do hidrogênio produzido é o chamado “hidrogênio cinza”, obtido a partir do metano (gás natural) e responsável pela emissão de muito carbono na atmosfera. Essa é apenas uma das possíveis “cores” do hidrogênio:

• Hidrogênio cinza/marron: produzido a partir de combustíveis fósseis.
• Hidrogênio azul: produzido a partir de combustíveis fósseis, mas com captura de carbono.
• Hidrogênio rosa (às vezes também chamado de hidrogênio amarelo): produzido a partir de energia nuclear.
• Hidrogênio turquesa: produzido a partir da pirólise do metano. Esse processo quebra o metano em hidrogênio e carbono sólido. O carbono sólido pode ser armazenado ou usado em aplicações como fibras de carbono.
• Hidrogênio verde: produzido a partir de energia renovável.

O hidrogênio verde é a situação ideal e uma meta para a maioria das pessoas preocupadas com o clima. Sua produção depende da eletrólise, processo que separa as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio gasosos. É um processo que consome bastante energia e também depende de elementos catalisadores do grupo da platina.

A Busca pelo Hidrogênio Verde

O hidrogênio verde é uma peça importante para descarbonizar a economia, pois pode atender a usos que a eletricidade sozinha não consegue suprir. Por exemplo, pode reduzir em 95% as emissões de carbono dos processos siderúrgicos tradicionais. A fabricação de aço representa 11% das emissões globais. O hidrogênio também pode alimentar, por meio de células a combustível, os motores de carros, caminhões e embarcações.

Ele também pode ser usado diretamente para armazenar energia ou produzir amônia, uma boa opção de combustível para transporte marítimo de longa distância e de armazenamento energético de longo prazo, como discutimos no artigo “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.

Há muito se sabe que o rutênio poderia ser uma alternativa à platina, mas ele apresentava algumas limitações:

• atividade catalítica inferior à da platina.
• estabilidade inferior à do irídio.

A descoberta recente mostrou que a presença de silício ao redor do átomo de rutênio aumenta a intensidade de absorção de H+ na superfície do catalisador.

A estabilidade aumenta graças a uma fina película de tungstênio, com espessura de 5 a 10 nm, que protege o sítio catalítico do rutênio. É o mesmo tipo de técnica usado na fabricação de semicondutores, em que o tungstênio gasoso é depositado em uma camada muito fina sobre o chip de silício.

Setores que se Beneficiarão

Ao tornar a produção de hidrogênio verde mais barata e ambientalmente responsável, essa descoberta pode impulsionar diversos setores:

• Fabricantes de células de combustível, cujas economias de motor se beneficiarão de combustível mais barato.
• Produtores de Hidrogênio Verde, que podem ver margens maiores e ver o hidrogênio ganhar participação de mercado nos mercados de energia.
• Fabricantes de amônia verde. Não só terão acesso a hidrogênio mais barato para a produção de amônia, mas a adoção em massa da amônia requer catalisadores para reduzir gases tóxicos e “super gases de efeito estufa” NOx. Isso geralmente também requer platina, mas talvez o RuSiW possa fazer o trabalho aqui também?
• O setor de energia renovável, já que a produção em massa de hidrogênio verde fornecerá um canal para energia “excedente” durante períodos de forte sol ou vento.

Empresas que se Beneficiarão

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon é a subsidiária do grupo Aker voltada para energia verde. O grupo é um importante conglomerado norueguês, com foco em energias renováveis e atividades marítimas e offshore. Aker Horizon é a holding de várias subsidiárias que atuam em captura de carbono, hidrogênio verde e energias renováveis.

Fonte: Aker

A empresa é especialmente ativa na produção de hidrogênio e amônia verde, com o objetivo de descarbonizar o transporte marítimo no Ártico substituindo combustíveis fósseis por combustíveis à base de hidrogênio.

Fonte: Aker

A Aker está, portanto, em uma posição privilegiada para se beneficiar da redução dos custos de produção do hidrogênio verde. Ela consegue administrar toda a integração vertical da amônia verde, desde turbinas eólicas offshore até a geração de hidrogênio e a produção de amônia verde.

A empresa também participa de projetos de transformação de resíduos em energia na França, de uma usina de biomassa na Alemanha e de captura de carbono no Oriente Médio, incluindo Arábia Saudita e Emirados Árabes Unidos.

Isso a torna uma boa ação para investidores que buscam exposição ampla ao setor de energia verde, com forte presença em hidrogênio e amônia verdes, além de outras fontes renováveis e alguma diversificação geográfica.

2. Plug Power Inc.

A Plug Power (PLUG ) é líder em hidrogênio verde, com foco em células a combustível. Suas células alimentam mais de 40.000 empilhadeiras, e a receita cresceu oito vezes desde 2013. A empresa também desenvolve infraestrutura de hidrogênio, incluindo produção, logística, geração de energia em escala de serviços públicos e entregas.

A empresa busca ganhar escala para reduzir o custo de produção de US$ 10/kg para US$ 4/kg, ao mesmo tempo que pretende multiplicar a produção por 14 até 2027. Naturalmente, novas tecnologias que eliminem a necessidade de platina na eletrólise também ajudariam.

Fonte: Plug Power

Devido aos enormes investimentos destinados a multiplicar por 19 a capacidade de produção desde 2020, a empresa ainda não é lucrativa. Esses investimentos quase dobraram a receita entre o início e o fim de 2023.

A maior parte dos negócios atuais e previstos deve vir da América do Norte. Aquisições estratégicas, como United Hydrogen e Giner ELX, reforçaram a posição da empresa na economia do hidrogênio ao ampliar suas capacidades de produção, liquefação e distribuição.

A empresa considera sua solução tanto um combustível direto para mobilidade quanto um complemento aos veículos elétricos, pois o hidrogênio ajuda a aliviar a pressão sobre a rede quando os picos de recarga não coincidem com os horários de maior produção renovável.

Fonte: Plug Power

Como grande fabricante de células a combustível, a Plug Power se beneficiaria bastante de uma transição para uma economia baseada em hidrogênio e amônia. Isso torna a ação uma boa aposta na expansão do hidrogênio em geral, com ou sem amônia. O foco em custos e escala também é positivo.

3. Ballard Power Systems Inc.

A Ballard é outra fabricante de células a combustível e uma pioneira da tecnologia, tendo lançado seu primeiro ônibus movido a célula a combustível em 1993.

A empresa se concentra em mercados de veículos pesados: ônibus, caminhões, trens e bondes, embarcações, mineração, construção e geração de energia. Embora os ônibus tenham sido o núcleo do negócio, a empresa espera que os caminhões se tornem um segmento importante até 2025. Também prevê que a Europa continue sendo seu principal mercado (50% a 60%), seguida pela América do Norte (25%).

Espera-se que as células a combustível para caminhões continuem crescendo e representem um mercado de US$ 7,5 bilhões em 2030, dentro de um mercado total endereçável de US$ 195 bilhões. Isso é quase o tamanho de todas as outras aplicações de hidrogênio e células a combustível combinadas. O crescimento pode acelerar se novas tecnologias reduzirem o preço da produção de hidrogênio.

Fonte: Ballard

Por exigirem mais potência e recarga rápida, os veículos pesados têm sido um mercado mais adequado para hidrogênio e células a combustível do que veículos leves como automóveis. A tecnologia também reduz a necessidade de redes aéreas para trens e trólebus e permite reabastecimento rápido no transporte de longa distância.

Fonte: Ballard

The company is not a stranger to ammonia either, with for example um contrato recente with Amogy to provide it with fuel cells for its “ammonia-to-power platform which relies on unique ammonia cracking technology”.

Embora os veículos elétricos tenham boas chances de dominar rapidamente o mercado de automóveis, os veículos pesados são mais difíceis de descarbonizar. Com sua liderança estabelecida no setor, a Ballard seria uma das principais beneficiárias de políticas voltadas para uma economia do hidrogênio.

4. Seaborg

A Seaborg é uma empresa dinamarquesa que desenvolve um reator nuclear compacto de sais fundidos, concebido também como uma usina flutuante de até 800 MW.

Fonte: Seaborg

O projeto marítimo dos reatores nucleares da Seaborg é adequado para países costeiros, e já há discussões com Indonésia e Noruega.

A Seaborg também trabalha com a líder mundial em construção naval Samsung Heavy Industries no desenvolvimento de usinas nucleares flutuantes combinadas com instalações de hidrogênio e amônia.

Embora políticas e ativistas ambientais frequentemente prefiram energia renovável, o hidrogênio não precisa ser produzido com eletricidade verde para reduzir emissões; basta que a energia venha de uma fonte de baixo carbono. A energia nuclear também é uma opção.

Assim, a Seaborg pode se tornar parte integrante de uma economia de hidrogênio e amônia movida a energia nuclear. Seus reatores, fáceis de instalar e deslocar, podem ser uma ótima solução para fornecer hidrogênio aos portos.

Eles poderiam até ser movimentados conforme a demanda sazonal, permanecendo, por exemplo, no hemisfério norte durante o inverno, quando a produção renovável é menor, e seguindo para outros locais no restante do ano.

5. Bloom Energy

O cofundador da Bloom construiu a primeira célula a combustível de hidrogênio na década de 1960 para o Projeto Gemini e também foi pioneiro da eletrólise na década de 1980.

A empresa instalou 1 GW em soluções locais de geração primária para centenas de clientes. Desde 2018, 95% de todas as células a combustível estacionárias instaladas nos EUA são servidores da Bloom Energy (BE ).

Fonte: Bloom Energy

Bloom’s focus has been on industrial sites, data centers, hospitals, retail centers, and other large facilities, together with the deployment of microrredess. It is also working on developing fuel cells for transporte marítimo.

A Bloom obtém a maior parte de sua receita com a venda de células a combustível e eletrolisadores, que representam 75% da receita total; dois terços das vendas ocorrem nos Estados Unidos.

Os eletrolisadores da empresa utilizam tecnologia de óxido sólido, que produz de 20% a 25% mais hidrogênio por megawatt (MW) do que métodos mais antigos, como a membrana eletrolítica de prótons (PEM).

Fonte: Bloom Energy

Como líder em sistemas de células a combustível para grandes instalações, a Bloom deve se beneficiar da produção barata de hidrogênio. Por outro lado, catalisadores de eletrólise mais baratos e sem platina também podem ameaçar os eletrolisadores de óxido sólido que a empresa oferece.