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O Outro Combustível de Hidrogênio – Top 5 Ações de Amônia Verde

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A Busca para Substituir Combustíveis Líquidos

As energias renováveis avançam, algumas limitações estão se tornando mais claras. A intermitência das renováveis requer a presença de armazenamento de energia. Isso pode ser na forma de baterias, como exploramos em nosso artigo “O Futuro do Armazenamento de Energia – Tecnologia de Baterias em Escala de Utilidade”.

No entanto, algumas formas de consumo de energia são muito resistentes à eletrificação. Por exemplo, o transporte naval de longa distância ou o frete aéreo.

Até mesmo o transporte rodoviário ainda não conseguiu ser convertido para veículos elétricos, devido ao peso das baterias necessárias; bem como às limitações na capacidade de produção de baterias, que atrasou por muitos anos o Tesla (TSLA ) Semi.

Em grande parte, essas limitações decorrem do fato de que gasolina/diesel/querosene são extremamente densos em energia, muito mais do que as melhores baterias.

Portanto, a ideia de um combustível líquido que fosse uma alternativa aos produtos de petróleo é altamente atraente. Uma ideia são os biocombustíveis, que essencialmente produzem o mesmo produto que o combustível fóssil, mas a partir de fontes renováveis. É outra ideia que exploramos em nosso artigo “Biocombustível de Algas: A Próxima Revolução Energética?”.

Outra ideia é usar o átomo mais abundante do universo, o hidrogênio, para armazenar energia. Contudo, o hidrogênio gasoso tem algumas limitações, desde as dificuldades de produzi‑lo economicamente até os custos energéticos de liquefação, transporte e armazenamento.

Os átomos de hidrogênio não precisam estar na forma de gás H2 para armazenar energia. Outro elemento extremamente abundante, o nitrogênio, que forma 4/5ª da nossa atmosfera, pode ajudar.

Amônia como Transportadora de Energia

Química Simples

A amônia, ou NH3, é um fertilizante e pode ser queimada ou oxidada para produzir nitrogênio e água.

NH3 +O2 → N2 + H2O

Portanto, é um tanto semelhante à combustão de hidrogênio, no sentido de que só produz subprodutos inofensivos, ao menos em condições ideais (mais sobre isso adiante).

A diferença em relação ao hidrogênio é que a amônia é uma molécula muito maior que o H2, e também muito mais estável. Isso torna seu transporte e armazenamento muito mais fáceis. A amônia também tem quase 50% mais densidade energética que o hidrogênio líquido.

A liquefação do hidrogênio desperdiça 44,7% da energia que contém, pois requer resfriamento a -253°C (-423°F). Mantê‑lo líquido gera ainda mais perdas, que aumentam com a duração do armazenamento, potencialmente chegando a 79% de perdas para armazenamento sazonal.

“A amônia, por outro lado, pode ser liquefeita ao ser resfriada abaixo de -33°C (à pressão atmosférica) ou pressurizada acima de 7,5 bar (a 20°C) — condições significativamente mais viáveis que as exigidas para o hidrogênio. Esse processo pode chegar a quase 99% de eficiência”.

Infraestrutura Existente

A amônia não é um produto químico raramente produzido, sendo um componente chave na produção de fertilizantes, mas também de plásticos e explosivos. Isso significa que já existe uma indústria e cadeia de suprimentos para a produção em massa de amônia, embora ainda dependa em parte de combustíveis fósseis. Também torna o processo bem compreendido e eficiente. No geral, a amônia é o segundo produto químico mais produzido no mundo.

Idealmente, uma economia de amônia dependeria da chamada amônia verde, gerada a partir de energia renovável. Isso a diferencia de outros tipos de amônia:

  • Amônia cinza/marron: produzida a partir de combustíveis fósseis.
  • Amônia azul: produzida a partir de combustíveis fósseis, mas com captura de carbono.
  • Amônia rosa (às vezes também chamada amônia amarela): produzida a partir de energia nuclear.
  • Amônia turquesa: produzida a partir da pirólise do metano. Essa quebra o metano em hidrogênio e carbono sólido, com o hidrogênio posteriormente convertido em amônia. O carbono sólido pode ser armazenado ou usado em aplicações como fibras de carbono.

E embora seja muito menos extensa que a rede de combustíveis fósseis, há não menos que 5.000 km (3.100 milhas) de dutos de amônia nos EUA (e 490.000 km de dutos de gás natural de alta pressão). Como a amônia não é corrosiva e não danifica tubos de aço como o hidrogênio (“embrittlement”), novos dutos poderiam ser relativamente baratos.

Isso ainda exigiria investimentos massivos tanto em capacidade de produção quanto em dutos. Para substituir apenas metade do consumo global de gás natural seria necessário multiplicar por 20 a produção global de amônia.

Dependendo da solução exata adotada, a amônia poderia funcionar como um sistema de armazenamento e transferência de energia com eficiência (energia retornada) variando de 84% a 38%.

As Limitações da Amônia

O problema de usar a amônia diretamente como energia é que a combustão raramente é um processo perfeitamente eficiente. Quando a amônia é queimada de forma imparcial, produz gases NOx, que são tóxicos, além de gases de efeito estufa (300 vezes mais potentes que CO2).

Várias soluções foram propostas, incluindo:

  • Queimar amônia verde em uma mistura de combustível, em combinação com combustível fóssil.
  • Queimar amônia verde em uma mistura de combustível, em combinação com hidrogênio.
  • Converter amônia líquida em hidrogênio comprimido diretamente no local de armazenamento, sob demanda, como em um posto de combustível. Um processo chamado “cracking”.
  • Usar células de combustível dedicadas, como as de hidrogênio, para gerar eletricidade e alimentar um motor elétrico diretamente.
  • Usar catalisadores para destruir o NOx antes que seja liberado. Isso pode causar alguns problemas, pois esses catalisadores costumam ser metais extremamente caros como Paládio, Platina e Ródio, que já são usados para reduzir emissões de NOx em veículos movidos a combustíveis fósseis. Uma combustão puramente baseada em amônia exigiria muito mais desses metais.

Como o NOx são gases de efeito estufa poderosos, garantir que não os vejamos substituir o CO2 é essencial para justificar a transição para uma economia de amônia.

Amônia como Transportadora de Hidrogênio

Como mencionado acima, a amônia (NH3) pode ser “crackeada” de volta em nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2). Isso significa que, mesmo que a questão das emissões de NOx se mostre insolúvel, ainda há potencial para uma economia de amônia.

Nesse contexto, a amônia é usada diretamente para armazenamento, transporte, além de algumas aplicações de nicho. E é transformada em hidrogênio em forma gasosa (mesmo que comprimida) para alimentar veículos por combustão direta ou células de combustível.

Isso permite que a economia descarbonizada aproveite alguns benefícios chave das características físicas e químicas da amônia:

  • Menores perdas de energia durante a produção do combustível líquido, ainda usando energia verde para isso.
  • Energia renovável de baixo custo durante períodos de superprodução (sol forte e vento) pode ser usada para reduzir os custos globais de produção do combustível.
  • A possibilidade de armazenamento de vários meses, permitindo resiliência no sistema energético, algo quase obrigatório para mobilidade. Por exemplo, um furacão que derrube a rede elétrica não impediria a cadeia de suprimentos, ambulâncias e carros de funcionarem, como poderia acontecer em um sistema totalmente centrado em EVs.
    • O armazenamento de vários meses também permite que a produção excedente em meses ensolarados ou ventosos seja convertida em suprimento de combustível para meses com menor produção de energia renovável.

Portanto, pode ser que falar de uma economia de amônia ou de uma economia de hidrogênio seja um pouco enganoso.

Um cenário mais provável é uma economia mista de amônia‑hidrogênio, com cada tecnologia aproveitada nos seus pontos fortes:

  • Amônia para transporte, armazenamento de longo prazo e “absorver” o excedente de energia dos dias ensolarados ou ventosos.
  • Hidrogênio para consumo direto, armazenamento de curto prazo e aplicações que exigem saída de energia rápida e alta, como produção de aço ou motores a jato.

Esse é um cenário onde usinas nucleares também poderiam desempenhar um papel na descarbonização, mesmo sem adoção massiva de EVs, graças à “amônia rosa” que fornece uma fonte de combustível líquido de baixo carbono.

O Caminho para uma Economia de Amônia

O roteiro para a adoção da amônia é um pouco mais difícil de determinar. Algumas pesquisas estimam que uma economia impulsionada por amônia, usando produção em massa de amônia verde (2ª geração), é improvável antes de 2030.

Nesse cenário, uma produção de amônia mais eficiente, baseada em eletroredução direta (3ª geração) só assumiria o protagonismo no final da década de 2030, devido à tecnologia ainda estar em estágios iniciais, especialmente catalisadores eletroquímicos eficientes.

No geral, há grandes esperanças para o crescimento da amônia verde, com algumas estimativas considerando que o mercado atual de US$300 mi poderia se transformar em um gigante de US$17,9 bi, ou um impressionante CAGR de 72,9% até 2030.

Top 5 Ações de Amônia Verde

Esta lista foca em empresas de amônia verde ou hidrogênio verde. Mas líderes atuais na geração de amônia, como por exemplo CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) ou Yara International ASA (YAR.OL) provavelmente adotarão amônia verde em algum momento e podem ser opções também.

1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)

Aker Horizon é a subsidiária do grupo Aker centrada em energia verde. O grupo é um importante conglomerado norueguês, com foco em renováveis e negócios marítimos/offshore.

Fonte: Aker

Aker Horizon é a holding de várias subsidiárias incluindo captura de carbono, hidrogênio verde e energias renováveis.

Fonte: Aker

A empresa está notavelmente muito ativa na geração de hidrogênio e amônia verde, com o objetivo de descarbonizar o transporte marítimo do Ártico.

Fonte: Aker

Portanto, a Aker não é apenas uma empresa de amônia verde, mas pode lidar com toda a integração vertical da amônia verde, desde turbinas eólicas offshore até geração de hidrogênio e produção de amônia verde. Também está trabalhando em projetos como resíduos‑para‑energia na França, uma planta de biomassa na Alemanha e captura de carbono no Oriente Médio (Arábia Saudita e Emirados Árabes Unidos).

Isso a torna uma boa ação para investidores que buscam exposição ao setor de energia verde em geral, com forte posicionamento em amônia verde, mas também em outras energias verdes, e alguma diversificação geográfica.

2. Plug Power Inc. (PLUG)

Plug Power (PLUG ) é líder em hidrogênio verde, com foco em células de combustível. Notavelmente, suas células de combustível alimentam mais de 40.000 empilhadeiras, com receitas multiplicadas por 8 desde 2013. Também está ativa na construção de infraestrutura de hidrogênio, como produção, logística, geração de energia em escala de utilidade e entregas.

Fonte: Plug Power

A empresa está buscando escala para reduzir custos de produção de US$10/kg para US$4/kg, enquanto multiplica a produção em 14 vezes até 2027.

Fonte: Plug Power

Devido a investimentos massivos para aumentar a capacidade de produção em 19 vezes desde 2020, a empresa ainda não é lucrativa. Isso levou a quase dobrar a receita do início ao fim de 2023. A maior parte dos negócios atuais e projetados deve vir da América do Norte.

A empresa vê sua solução como um combustível de mobilidade direto, ou um complemento aos EVs, já que o hidrogênio permite reduzir a pressão na rede de carregamento de pico dos EVs, que não coincide com os horários de produção das renováveis ao longo do dia.

Fonte: Plug Power

Como grande produtor de células de combustível, a Plug Power se beneficiaria fortemente de uma virada para uma economia baseada em hidrogênio/amônia. Embora não esteja diretamente ativa na produção de amônia, a empresa foca principalmente na produção de hidrogênio verde (necessário para a produção de amônia verde) e em células de combustível, ambos componentes que ainda teriam alta demanda caso o hidrogênio sozinho não se mostrasse viável.

Portanto, a Plug Power é uma boa ação para apostar em uma virada rumo ao hidrogênio em geral, com ou sem amônia. Se a limitação do hidrogênio em relação à logística e armazenamento se provar intransponível, ainda lucraria com uma economia de hidrogênio + amônia.

3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)

Ballard é outro fabricante de células de combustível, e pioneiro da tecnologia com seu primeiro ônibus movido a célula de combustível em 1993.

A empresa está focada em mercados de carga pesada: ônibus, caminhões, trens/vagões, navios, mineração/construção e energia. Enquanto os ônibus foram o núcleo do negócio, a empresa espera que até 2025 os caminhões se tornem um segmento de negócios importante. Também espera que a Europa continue sendo seu principal mercado (50‑60%), seguida da América do Norte (25%).

Espera‑se que as células de combustível para caminhões continuem crescendo e representem um mercado de US$7,5 bi em 2030 (de um TAM de US$195 bi), quase tão grande quanto todas as outras aplicações de hidrogênio/células de combustível combinadas.

Fonte: Ballard

Devido ao maior poder exigido e à necessidade de carregamento rápido, veículos de carga pesada têm sido uma boa escolha para hidrogênio e células de combustível em comparação com veículos leves como carros. Também reduz a necessidade de catenária para trens e recarga rápida para transporte de longa distância.

Fonte: Ballard

A empresa também não é estranha à amônia, com, por exemplo, um contrato recente com Amogy para fornecer células de combustível para sua “plataforma amônia‑para‑energia que depende de tecnologia única de cracking de amônia”.

Enquanto os EVs têm uma chance razoável de rapidamente dominar os mercados de automóveis, veículos mais pesados são mais difíceis de descarbonizar. Com sua liderança estabelecida no setor, a Ballard seria um grande beneficiário de um impulso político rumo a uma economia de hidrogênio.

4. FuelPositive Corporation (NHHHF)

FuelPositive criou um sistema modular/conteinerizado de geração de amônia verde. Seu primeiro alvo é o setor agrícola, permitindo produção de amônia no local com energia produzida localmente. O sistema pode gerar até 300 kg/dia, 100 toneladas por ano de amônia por CA$950.000.

Isso o torna um sistema adequado para fazendas de até 1.800 acres. Com apenas 1,5 acre de terra coberta por painéis solares basta para alimentar a geração de amônia.

FuelPositive afirma que seu sistema pode produzir amônia por CA$560/tonelada, o que está alinhado com o preço histórico e, mais importante, protegeria os agricultores da extrema volatilidade de preços que experimentaram nos últimos anos, com a amônia chegando a US$1.350/tonelada em um ponto.

A startup está em estágio inicial, com produção em escala total prevista para 2025, e 30 pedidos confirmados até agora, com a primeira entrega prevista para março de 2024.

A principal força da FuelPositive é a modularidade de sua tecnologia, permitindo uma abordagem mais distribuída e produção em massa padronizada de seu módulo de geração de amônia.

A empresa está formando uma parceria com Cipher Neutron, que pode produzir hidrogênio sem nenhum metal do grupo da platina.

Embora o foco principal seja a produção de fertilizantes, a amônia poderia ser usada para alimentar motores agrícolas com energia produzida no local, dependendo da velocidade de adoção de ferramentas agrícolas alimentadas por amônia/hidrogênio.

A natureza descentralizada e modular dos sistemas FuelPositive também poderia torná‑los um elemento chave de uma futura economia de amônia. O mercado de fertilizantes pode fornecer a lacuna para a empresa crescer até que o uso de hidrogênio e amônia seja mais difundido.

5. AmmPower Corp. (AMMPF)

AmmPower é semelhante à FuelPositive no sentido de que fornece sistemas modulares de geração de amônia, mas em escala maior, com seu módulo base capaz de produzir 4 toneladas/dia. Isso coloca a empresa mais no campo de fazendas muito grandes (10.000+ acres) ou operações industriais como têxteis, refrigeração, mineração, farmacêuticos ou semicondutores.

Fonte: AmmPower

A empresa está no processo de construir seu livro de pedidos, com potencial de reserva de curto prazo estimado em US$30 mi, e perspectivas de venda para 690 unidades provenientes de 52 países.

A empresa estima que o custo da eletricidade seja em torno de US$360/tonelada de amônia.

A modularidade do sistema permite uma rápida entrega, com menos de um ano comparado aos 3‑4 anos de projetos semelhantes sem a abordagem modular.

Também está trabalhando em tecnologia para transformar resíduos em amônia, em joint venture com a CTEC Energy Sales USA.

Para avançar o progresso da amônia rumo a uma economia hidrogênio‑amônia, está criando uma subsidiária dedicada ao cracking da amônia em hidrogênio, que buscará financiamento adicional separadamente.

Ao alcançar a escala que pode atender à maioria dos usos industriais, bem como fazendas muito grandes, a AmmPower está mirando clientes e empresas com acesso mais profundo a capital do que a maioria. Combinado com a tecnologia de cracking de amônia, isso poderia permitir que ela escalasse rapidamente seguindo políticas que impulsionem o desenvolvimento do hidrogênio como transportador de energia.

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Jonathan é um ex‑pesquisador bioquímico que trabalhou em análise genética e ensaios clínicos. Ele agora é analista de ações e escritor financeiro com foco em inovação, ciclos de mercado e geopolítica em sua publicação 'The Eurasian Century'.