Pesquisadores analisam o potencial de produção offshore de hidrogênio no Brasil

O mundo usou 95 milhões de toneladas de hidrogênio em 2022, segundo a Agência Internacional de Energia, mas somente 1% foi hidrogênio “verde”, ou seja, produzido por meio de processos que geram baixa emissão de carbono. Pesquisadores da Coppe mapearam o potencial de produção de hidrogênio, a partir da energia eólica offshore, e analisaram a viabilidade técnica e econômica desse processo produtivo. O estudo, financiado pela TotalEnergies, gerou um artigo, que será publicado pela revista Energy Conversion Management.

O hidrogênio tem sido utilizado em setores da economia como a siderurgia e a indústria química e pode ser utilizado em novas aplicações relacionadas à indústria pesada, transporte, geração de eletricidade, combustíveis à base de hidrogênio e armazenamento de energia. No entanto, 62% desse hidrogênio é produzido a partir de combustíveis fósseis sem captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) e 21% de carvão mineral. Esta produção de hidrogênio está associada à emissão de mais de 900 Mt (milhões de toneladas) de CO2.

O projeto contou com uma numerosa, variada e interdisciplinar equipe de pesquisadores da Coppe. Do Programa de Engenharia Oceânica (PEnO): Segen Estefen, Milad Shadman, Mojtaba Maali Amiri, John Alex Chujutalli, Jeferson de Almeida e Gabriella Ferreira; do Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais (PEMM): Paulo Emílio de Miranda; Edvaldo Carreira, e Iago Bastos; do Programa de Engenharia Elétrica: Robson Dias e Janito Ramos; do Programa de Engenharia Civil, Corbiniano Silva; e do Programa de Planejamento Energético, Clarissa Bergman-Fonte.

De acordo com o professor Segen Estefen, o projeto demandou diversas especialidades. “Por isso precisávamos de uma equipe tão variada, que teve um foco e contribuição maiores das equipes do Laboratório de Tecnologia Submarina (LTS), Laboratório de Fontes Alternativas de Energia (Lafae) e Laboratório de Hidrogênio (LabH2). O estudo de caso foi o entorno do Porto de Açu (RJ) e daí expandimos as aplicações dos algoritmos e da metodologia, que podem ser aplicados em qualquer local do planeta”, explica Segen, coordenador do projeto.

Segundo o professor Milad Shadman, o estudo apresenta um modelo técnico-econômico detalhado para estimar o potencial de produção de hidrogênio e o custo nivelado do hidrogênio (LCOH) a partir da energia eólica offshore. “Nós consideramos três regiões: Sul, Sudeste e Nordeste, porque são três regiões de grande potencial em termos de disponibilidade de energia eólica. Para cada região, foram considerados os principais portos. Para se ter uma estimativa mais realista com relação ao potencial do hidrogênio, foram consideradas todas as restrições técnicas e socioambientais excluindo as áreas que não são aproveitáveis. Essas restrições, entre outras, incluem a mínima distância de 20 km da costa para diminuir o impacto visual, a velocidade média anual do vento superior a 7m/s, máxima profundidade da água igual a 200 metros”, explica o professor do Grupo de Energias Renováveis no Oceano (Gero) do Programa de Engenharia Oceânica.

“Quanto mais se afasta da costa, mais competitiva se torna a produção offshore de hidrogênio utilizando dutos para o escoamento da produção para o continente. Também pode ser particularmente interessante para a exportação, que o hidrogênio seja transportado por navios no caso de longos trajetos, podendo ser necessária a ampliação da infraestrutura, como por exemplo parque eólico de grande potência e porto offshore. Isso propicia a produção em larga escala e facilita a transferência do hidrogênio produzido para navios especializados”, explica o professor Segen.

Dois cenários off-grid (autônomo, sem conexão à rede elétrica) foram considerados na análise, incluindo produção de hidrogênio offshore (em alto mar) e onshore (no continente) utilizando energia eólica offshore. No primeiro cenário, o hidrogênio é produzido offshore e transportado por gasoduto até a costa, e no segundo, a eletricidade é transmitida por cabos submarinos e o hidrogênio é produzido no continente. Os pesquisadores compararam o potencial de produção de hidrogênio e o respectivo custo nivelado nos dois cenários, considerando distâncias dos portos e restrições técnicas e ambientais.

De acordo com o professor Milad, a equipe multidisciplinar dos três laboratórios da Coppe desenvolveu dois algoritmos. “O primeiro foi desenvolvido com base na necessidade de mapear o potencial de uma determinada área marítima. Quando aplicamos esse primeiro algoritmo pode-se determinar o ponto ótimo, ou seja, a melhor localização para o parque eólico. O segundo algoritmo, mais sofisticado, considera a dinâmica de controle da potência, de distribuição de energia a partir do armazenamento por bateria, consumo, modelo eletroquímico dos eletrolisadores, compressores no domínio do tempo. A partir dessas análises, aplicamos uma estratégia de controle que pode aumentar a produção de hidrogênio em até 23%”, esclarece.

Na avaliação do professor Segen Estefen, para aumentar a produção de hidrogênio considerado “verde”, ou seja, de baixa emissão de carbono, o grande desafio é reduzir o seu custo, sendo o principal centro de custo a geração de energia elétrica. “Também é importante avaliar regime de ventos e fator de capacidade para a escolha da localização do parque eólico, assim como o transporte do hidrogênio que será produzido, além de verificar os gargalos existentes, como a otimização dos eletrolisadores e dos sistemas de baterias”, conclui o professor.