Usina produz hidrogênio limpo com energia solar e biomassa

Com informações da Universidade de Kyoto - 24/01/2022

Proposta para uso do novo processo em uma usina industrial de hidrogênio.
[Imagem: KyotoU/Shutaro Takeda]

Hidrogênio cinza

Na corrida global para escapar dos combustíveis fósseis e reduzir as emissões de carbono, o hidrogênio é considerado a opção mais limpa dentre todas.

Contudo, embora o hidrogênio queime de forma limpa, liberando apenas água como subproduto, ainda não conseguimos viabilizar o chamado hidrogênio solar, de forma que a maneira atual de produzir hidrogênio é intensiva em energia e carbono - em outras palavras, o hidrogênio é limpo - mas processo de produzi-lo nem sempre é.

Assim, em termos práticos e atuais, sejam as moléculas de água quebradas usando eletricidade ou o hidrogênio sendo liberado a partir do metano ou de outras fontes de hidrocarbonetos, cada passo adiante na produção de hidrogênio é acompanhado por pelo menos dois passos atrás em termos de emissões de CO₂ associadas.

Em alguns processos industriais, cada quilograma de hidrogênio é acompanhado por quase 30 quilogramas de CO₂.

"A energia solar é o candidato óbvio para alimentar qualquer produção de hidrogênio, mas o problema tem sido que a luz solar é muito intermitente," comentou o professor Shutaro Takeda, da Universidade de Kyoto, no Japão.

Usina de hidrogênio por gaseificação de biomassa

A novidade é que a equipe liderada por Takeda desenvolveu um novo projeto de usina de hidrogênio que se baseia em recursos totalmente renováveis, produzindo a menor quantidade de CO₂ associada alcançada até hoje.

A nova abordagem usa a energia solar diretamente, para aquecimento. Essa energia termossolar é usada para gaseificar biomassa (madeira cultivada), um processo que mostrou ser a combinação mais eficaz e prática para produzir hidrogênio com baixa pegada de carbono.

Essa combinação de dois sistemas diferentes cria um novo tipo de instalação de hidrogênio que a equipe chama de usina de produção de hidrogênio por gaseificação indireta de biomassa movida a energia solar, ou usina SABI-Hydrogen.

Primeiro, para capturar efetivamente a luz do Sol, eles escolheram um arranjo de espelhos especiais, chamados heliostatos, que focalizam a luz em um receptor no topo de uma torre. Sob essas condições, um material de transferência de calor no receptor pode atingir temperaturas de até 1.000 graus Celsius.

A seguir, esse calor é transferido do receptor para a parte gaseificadora do sistema, onde um recipiente contendo cavacos de madeira como biomassa é aquecido intensamente na ausência de oxigênio. Em vez de queimar por combustão, os cavacos de madeira são convertidos em uma mistura de gases contendo uma grande proporção de hidrogênio - essa mistura é conhecida como gasogênio, ou gás de síntese.

Alternativamente, na ausência do aquecimento solar, como durante a noite ou em dias de chuva, o gaseificador também pode ser aquecido convencionalmente pela queima de biocombustível para fornecer calor ao sistema.

Detalhamento da planta.
[Imagem: Shutaro Takeda et al. - 10.1016/j.ijhydene.2021.11.203]

Hidrogênio sem CO₂

A equipe fez questão de avaliar o impacto ambiental geral do seu projeto, com base em um método de avaliação de impacto padrão internacional, chamado ReCiPe2016.

O resultado mostrou que o sistema SABI-Hydrogen emitiria apenas 1,04 kg de CO₂ por kg de hidrogênio produzido, o menor valor entre todos os métodos de produção de hidrogênio existentes.

"Nossa modelagem mostra que o uso de energia solar e recursos de biomassa de florestas manejadas pode nos permitir produzir hidrogênio de forma sustentável e com baixo impacto ambiental," concluiu Takeda.

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