Energia
Como a IA Pode Acelerar a Produção de Hidrogênio Verde
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O hidrogênio verde é a peça‑chave que falta para um futuro livre de combustíveis fósseis. O motivo é que a eletricidade isolada não pode descarbonizar totalmente indústrias que dependem de combustíveis e matérias‑primas químicas. Isso inclui setores gigantes da economia, como transporte rodoviário pesado, navegação, aviação, produção de produtos químicos, siderurgia e outras metalurgias, mineração, etc.
Para todas essas atividades, o hidrogênio verde, diretamente ou transformado em amônia ou combustíveis renováveis, pode ajudar a alimentar processos que exigem combustível líquido, mas sem depender de recursos fósseis.
O potencial dessa tecnologia foi recentemente analisado em um estudo realizado por pesquisadores da Universidade McGill (Canadá) e do Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Bhopal (Índia). Nele, eles discutem as diversas possíveis fontes de hidrogênio verde, bem como os métodos eletroquímicos que podem ser usados para criar combustíveis líquidos sustentáveis e outros produtos de hidrocarbonetos.
Eles publicaram suas descobertas na Renewable and Sustainable Energy Reviews1, sob o título “Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions”.
Por que os Combustíveis Gasosos e Líquidos Importam
A principal razão para buscar a descarbonização é a mudança climática, alimentada pelo aumento das emissões de gases de efeito estufa, sendo o mais importante o CO₂, seguido pelo metano (CH₄).
“Falhar em reverter a mudança climática negativa traz riscos relacionados à instabilidade econômica, eventos climáticos extremos e ao aumento das desigualdades sociais ”
Como resultado, reformar nosso sistema energético baseado em combustíveis fósseis é crucial. Infelizmente, isso ainda está longe de ser concluído, mesmo com o recente aumento das energias renováveis, que afetou principalmente a produção de eletricidade. Contudo, a maior parte do consumo primário de energia da humanidade não utiliza eletricidade. Em vez disso, essa energia é usada para aquecimento, produção industrial, transporte marítimo, aviação, transporte rodoviário, etc. Assim, a imensa maioria das fontes de energia ainda são combustíveis fósseis, com carvão, petróleo e gás representando mais de 80% das fontes globais de energia.
Fonte IEA
Descarbonizar essas atividades pode ser difícil por algumas razões:
- Os sistemas existentes não podem operar com eletricidade, e levará, no melhor dos casos, várias décadas para substituir a frota atual de caminhões, navios, aviões, fábricas, fundições, etc., por alternativas eletrificadas.
- Muitos desses sistemas simplesmente não possuem uma alternativa elétrica ao combustível líquido e à combustão para manter um desempenho suficientemente eficiente.
- As alternativas de combustíveis verdes até agora têm sido caras demais para competir economicamente com os combustíveis fósseis.
Portanto, há necessidade de hidrocarbonetos verdes, moléculas compostas principalmente por átomos de carbono e hidrogênio, que são quimicamente idênticos aos combustíveis fósseis, permitindo que as instalações energéticas, logísticas e industriais existentes sejam descarbonizadas sem a necessidade de eletrificação rápida, tarefa que, dependendo do caso, pode ser muito difícil (transporte rodoviário, aquecimento) ou praticamente impossível (transporte aéreo).
Transição para um Sistema Energético Sustentável
A Importância do Hidrogênio Verde
O hidrogênio é um elemento abundante, especialmente na forma de água (H₂O), mas não pode ser encontrado em sua forma pura (H₂) na natureza. Portanto, para ser usado na produção de hidrogênio verde, ele primeiro precisa ser produzido, o que consome energia.
Para que o hidrogênio contribua de forma significativa para a descarbonização, sua produção também deve ter uma pegada de carbono baixa. A eletrólise alimentada por energia elétrica renovável é a via mais conhecida, enquanto técnicas emergentes também podem extrair hidrogênio de moléculas derivadas da biomassa a voltagens substancialmente menores.
Ao usar eletricidade para produzir hidrogênio e gerar hidrocarbonetos verdes úteis, esses métodos são geralmente chamados de “Power-to-X”, onde “X” pode ser substituído por gás, óleo ou qualquer outro químico, e a conversão eletroquímica transforma hidrogênio puro e CO₂ ou outra fonte de carbono em produtos úteis, fáceis de usar e armazenar.
Uma vantagem adicional de converter hidrogênio em outros compostos é que o hidrogênio é notoriamente difícil de armazenar e transportar. Metano ou combustíveis líquidos são, em comparação, muito mais fáceis.
Por fim, a natureza intermitente da produção de eletricidade renovável significa que, em certos momentos, a produção de energia supera a demanda, e a produção de hidrogênio pode absorver esse excedente que atualmente é em grande parte desperdiçado.
“O metanol produzido pela redução eletroquímica do dióxido de carbono pode ser um transportador de energia ecológico com maior densidade energética comparado ao hidrogênio, reduzindo custos e desafios como armazenamento e transporte. O metano pode ser produzido a partir da redução eletroquímica do dióxido de carbono e pode ser armazenado em gasodutos de gás natural existentes.”
Os Muitos Caminhos para Combustíveis Sustentáveis
O estudo identifica não menos que 16 produtos químicos de valor agregado que podem ser produzidos a partir do uso de hidrogênio verde, como monóxido de carbono (principal componente do gás de síntese), ácido fórmico, metanol, metano, etanol, etileno e propanol. Em muitos casos, trata‑se de um processo de múltiplas etapas com produtos químicos intermediários igualmente úteis.
Outra possibilidade de hidrogênio verde a partir de um eletrólito é o hidrogênio produzido a partir de biomassa. Inicialmente, algumas estratégias usando decomposição bacteriana foram exploradas, mas os rendimentos se mostraram muito baixos.
Uma nova tecnologia promissora é a geração anódica de hidrogênio diretamente a partir de moléculas plataforma de biomassa. Isso pode ser feito a uma voltagem significativamente menor que as técnicas usuais baseadas em reações de evolução de oxigênio (OER).
Catalisadores à base de cobre são predominantemente usados para este método, mas ainda precisam de melhorias para evitar a desativação do catalisador. A adição de outros metais ou elementos, ou a incorporação de nanostruturas avançadas ao cobre em massa, pode melhorar o desempenho de forma radical.
IA, Eletrólitos e Hidrogênio
Eletrólitos, para dividir a água em hidrogênio ou processar biomassa em compostos mais úteis, são um campo promissor para energia verde e produção de hidrogênio.
Até o momento, a melhoria dos catalisadores para esse processo tem sido alcançada principalmente testando muitas combinações novas de diferentes elementos, tipos de catalisadores, nanostruturas e transferências de carga. Isso, porém, gera um número quase infinito de combinações, sem um modelo matemático simples para prever como um novo design de catalisador se comportará no mundo real.
A IA pode ajudar a resolver esse problema, pois já é usada dessa forma em outros campos de energia verde. Por exemplo, no desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos, a IA tem sido utilizada para prever as lacunas de banda corretas e as energias de defeitos nos materiais optoeletrônicos, o que ajuda a acelerar a descoberta de novos materiais.
De forma semelhante, a IA tem sido bem‑sucedida na descoberta de novos eletrólitos redox para baterias de fluxo redox, por meio de amostragem extensiva do grande espaço químico de moléculas orgânicas ativas para identificar eletrólitos adequados, ou para novos materiais de eletrodo para baterias de íon de sódio e íon de lítio de estado sólido.
Para tecnologias de energia eletroquímica, a IA pode tornar um quadro complexo mais simples de lidar para os pesquisadores.
“A IA pode fornecer informações sobre a atividade superficial, localização dos sítios ativos na superfície com distâncias de ligação, energias de ligação dos reagentes, produtos e espécies intermediárias das reações eletroquímicas, com base na qualidade dos dados usados para treinar os modelos de IA.”
Esse método pode eliminar grande parte da tentativa e erro e fornecer rapidamente novos materiais candidatos mais promissores que podem então ser testados em laboratórios.
Outra aplicação da IA é projetar o processo de modo que, além do hidrogênio verde, ele também proporcione a valorização eletroquímica da biomassa, resultando em ácidos úteis, aldeídos, furanos e álcoois.
“Modelos robustos de IA podem ser empregados tanto em dados experimentais quanto em simulações para capturar as relações estrutura‑propriedade, permitindo o design racional da configuração da reação eletroquímica para alcançar boa seletividade, controle e alta eficiência faradaica dos produtos desejados.”
Alcançar a Comercialização Nunca é Fácil
Embora promissora e provavelmente se torne mais lucrativa e útil graças à IA, a produção eletroquímica de hidrogênio por eletrólitos, a partir de água ou biomassa, ainda precisa ser alcançada em escala a um preço muito baixo por quilo. Só então competirá eficientemente com os combustíveis fósseis.
São necessários mais implantes dessa tecnologia, e não apenas a melhoria dos conceitos promissores em laboratórios.
Durabilidade, seletividade, densidade de corrente e a economia em escala piloto precisarão ser aprimoradas para transformar o método promissor em laboratório em algo que possa ser implantado na escala de terawatts necessária para começar a deslocar significativamente carvão, gás e petróleo dos sistemas energéticos globais.
No entanto, é provável que isso chegue em breve, especialmente porque melhorar a economia dos eletrólitos e dos combustíveis verdes parece ser um pouco mais fácil do que gerenciar a eletrificação da maioria das tecnologias e infraestruturas construídas pela civilização moderna nos últimos 100 anos.
Para os investidores, muitas das rotas eletroquímicas discutidas acima ainda são muito iniciais para proporcionar exposição direta ao mercado público. Uma abordagem mais prática é observar empresas que já estão comercializando a infraestrutura subjacente necessária para produzir e usar hidrogênio em escala. Uma das opções públicas mais estabelecidas é a Bloom Energy, cujas tecnologias de eletrólitos de óxido sólido e células de combustível oferecem exposição ao desenvolvimento mais amplo de sistemas de energia eletroquímica.
Investindo em Combustíveis Renováveis
Bloom Energy
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A Bloom Energy é líder global em tecnologia de eletrólitos e células de combustível.
Atualmente, o principal mercado da empresa tem sido as células de combustível que transformam combustível em eletricidade de alta eficiência sem combustão, produzindo ar de alta temperatura e um fluxo de CO₂ de alta concentração. O design é inerentemente modular, com mais potência exigindo apenas mais células, até a escala de megawatts.
Fonte: Bloom Energy
De 2024 até hoje, a Bloom Energy tem redirecionado seu foco de seu mercado inicial de hospitais, locais remotos e geração de energia de backup para data centers, levando a um enorme boom tanto nas vendas quanto no preço de suas ações.
Isso também é impulsionado pela transição dos data centers de IA para arquitetura totalmente DC (em vez da mistura atual AC/DC), economizando espaço e equipamentos para a infraestrutura de data centers de IA.
A Bloom iniciou uma parceria para combinar sua tecnologia de célula de combustível com tecnologia de captura de carbono, de modo que a energia produzida seja essencialmente neutra em carbono mesmo quando alimentada por gás natural. E desde 2022, a empresa começou a produzir eletrólitos de óxido sólido de hidrogênio de alta eficiência.
Isso confere à Bloom expertise relevante em escalonamento de sistemas eletroquímicos, embora as rotas de eletrolise de biomassa e conversão de CO₂ discutidas no estudo estejam fora de sua oferta comercial central atualmente.
Ainda assim, os investidores devem principalmente apostar no futuro sucesso da Bloom Energy no mercado de data centers, pois isso determinará muito mais seu sucesso imediato do que a potencial expansão futura nos mercados de hidrogênio e combustíveis verdes.
(Você pode ler mais sobre a Bloom Energy no nosso relatório de investimento dedicado à empresa)
Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Bloom Energy (BE)
Estudo Referenciado
1. Ignacio Aguilar at al. Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 242, dezembro de 2026, 117313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.117313
