Hidrogênio vs. Gás Natural para Geração de Energia Elétrica

O papel do hidrogénio na eliminação das emissões de CO2, especialmente da rede eléctrica, tem atraído um interesse crescente, com implicações potencialmente significativas para os investidores nos sectores do gás natural, dos serviços públicos e dos equipamentos industriais.

Os investidores institucionais, por exemplo o grupo de investidores Climate Action 100+, que representa 47 biliões de dólares em activos, estão a incluir cada vez mais factores ambientais nos seus critérios de investimento.

Esta ideia é frequentemente expressa como parte de uma meta de "rede de carbono líquido zero até 2050" para empresas de serviços públicos, por exemplo discutida aqui para a Duke Energy (DUK), onde o hidrogénio é identificado como um combustível candidato para gerar até 30% da energia da Duke. em 2050.

Um objectivo mais ambicioso para uma “economia líquida de carbono zero” prevê a eliminação de combustíveis fósseis não só para a produção de energia, mas também para o aquecimento industrial, espaços comerciais e residenciais, aquecimento de água e transportes. Este cenário acrescentaria cargas adicionais à rede elétrica; por exemplo, os requisitos de aquecimento residencial no inverno agora atendidos pelo gás natural.

Neste artigo, vamos nos concentrar principalmente na questão da rede de carbono zero; o hidrogênio pode e irá substituir o gás natural na rede elétrica dos EUA? Também nos concentraremos no cenário mais provável, o uso de energia solar em grande escala para gerar hidrogénio por eletrólise.

Discutimos viabilidade técnica, praticidade operacional e econômica e algumas implicações para os investidores.

A tese de investimento que analisaremos hoje é simples: o hidrogénio verde gerado a partir de energia renovável pode fornecer armazenamento de energia à escala da rede semelhante ao fornecido hoje pelo gás natural - a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia durante dias a meses. Isto superará a limitação de intermitência da energia eólica e solar e permitirá a substituição do gás natural para geração de energia, produzindo uma rede elétrica com zero carbono líquido.

Provavelmente haverá investimentos significativos em hidrogénio para outras aplicações além da geração de energia na rede; a potencial pegada económica global é significativa.

O Conselho do Hidrogénio estimou 2,5 biliões de dólares em vendas anuais a nível mundial até 2050, metade proveniente de hidrogénio e metade de equipamento. Em Outubro de 2020, a Fuel Cell and Hydrogen Energy Association, com foco no transporte e nas matérias-primas industriais, em vez da geração de energia na rede, estimou 750 mil milhões de dólares em receitas anuais dos EUA provenientes da economia do hidrogénio até 2050.

Como se costuma dizer, grande se for verdade.

Para discutir o potencial do hidrogénio na geração de energia, há algumas coisas que precisamos de ter em mente.

O hidrogênio é descrito como cinza, azul ou verde dependendo de como é produzido; cinza proveniente de combustível fóssil com emissão de CO2, azul proveniente de combustível fóssil com CO2 capturado e verde proveniente de energia renovável sem emissão de CO2. Quando se fala da futura economia do hidrogénio, ou economia de carbono zero, geralmente está implícito hidrogénio verde.

O hidrogênio (H2) é mais leve que o gás do ar. Mil pés cúbicos (MCF) de hidrogênio em condições padrão pesam 2,41 kg ou 5,3 libras; isto representa cerca de 15% do peso do gás natural (ou seja, metano, CH4).

O conteúdo energético do gás é medido em BTUs por pé cúbico. O hidrogênio tem cerca de 30% do conteúdo energético do metano. Isso significa que são necessários cerca de 3,3 CF de hidrogênio para fornecer a mesma energia que 1 CF de gás natural.

Para produzir hidrogénio por eletrólise, são necessários 39,4 kWh de potência de entrada para produzir um kg de hidrogénio, se o processo de eletrólise for 100% eficiente.

Os custos do hidrogénio podem ser cotados em $/kg ou $/MMBtu. Um preço de US$ 1/kg equivale a cerca de US$ 8/MMBtu. O preço do gás natural normalmente é em $/MMBtu (por exemplo, no Henry Hub).

Quando o hidrogênio é queimado para produzir energia, nenhum CO2 é produzido.

É possível misturar hidrogénio e gás natural no fluxo de combustível, com uma redução na produção de CO2, mas devido à diferença no conteúdo energético, para alcançar uma redução de 50% no CO2 são necessários cerca de 75% de H2 em volume.

O hidrogênio tem problemas de manuseio e segurança que o metano não tem. O hidrogênio pode causar fragilização de metais e deterioração de vedações de plástico e borracha.