Já vivemos em uma economia de hidrogênio: produção de aço, resfriamento de geradores e gás de soldagem

Embora geralmente o hidrogénio seja mencionado apenas no contexto do transporte e do armazenamento de energia, de longe as aplicações mais úteis são encontradas em aplicações industriais, incluindo a indústria química, a produção de aço, bem como a de metanol e fertilizantes. Isto é ilustrado pela forma como hoje a maior parte de todo o hidrogénio produzido é utilizado para estas aplicações industriais, bem como para aplicações como o arrefecimento de turbogeradores, com a procura de hidrogénio nestas aplicações a aumentar rapidamente.

Atualmente, praticamente todo o hidrogénio produzido provém do gás natural, através da reforma a vapor do metano (SMR), com potencial pirólise do metano tornando o hidrogénio derivado do gás natural uma fonte de baixo carbono. O restante do hidrogênio vem da gaseificação do carvão e uma pequena fração da eletrólise da água. O hidrogénio é frequentemente produzido no local, especialmente em instalações industriais e centrais térmicas. Assim, para além de quaisquer esforços de descarbonização, existem muitas utilizações para o hidrogénio que o público parece geralmente desconhecer.

Isto leva-nos à algo controversa escada do hidrogénio.

Alguns de nós já podem ter deparado com a escada do hidrogénio limpo, popularizada por Michael Liebreich. Isto é semelhante à pirâmide do hidrogénio limpo, na medida em que tenta capturar as aplicações mais essenciais e mais económicas do hidrogénio. Por exemplo, com os principais usos industriais destacados, obtemos o seguinte:

A parte controversa desta escada de hidrogénio vem principalmente da colocação de categorias como “Armazenamento de longo prazo” e “Veículos todo-o-terreno”, com uma série de artigos CleanTechnica (parte 1, parte 2) de Michael Barnard e do engenheiro de processos químicos Paul Martin entrando em algum nível de detalhe aqui. No que diz respeito ao armazenamento de energia a longo prazo utilizando hidrogénio, este é um tópico que abordámos num artigo anterior sobre sistemas de armazenamento de energia, juntamente com um artigo sobre tecnologias de armazenamento mais práticas ao nível da rede.

Quando nos concentramos apenas nas categorias das linhas 'A' e 'B' destacadas nesta imagem, é importante lembrar que estas categorias contêm essencialmente todas as principais formas de utilização atual de hidrogénio, juntamente com um número que foi mencionado anteriormente, como como o uso como refrigerante, mas que não são abordados nesta imagem. Contudo, a maior utilização do hidrogénio é, de longe, a produção de amoníaco (NH3). A amônia é usada em solventes, agente de limpeza doméstica, como anti-séptico, como refrigerante (R717), em purificadores de óxido sulfuroso (SO2) e óxido nitroso (NOx), mas talvez mais essencialmente na produção de fertilizantes.

Uma aplicação mais controversa da amônia é como combustível, uma vez que a combustão de NH3 em uma atmosfera contendo oxigênio produz vários poluentes, incluindo N2O (óxido nitroso), conforme observado em estudos recentes de Juan D. Gonzalez et al. (2017) e S. Mashruk et al. (2021). O óxido nitroso, também conhecido como gás hilariante, é um potente gás de efeito estufa e é neurotóxico, sendo um antagonista do receptor NMDA. Devido a esses problemas, é improvável que a amônia como combustível tenha uso significativo onde existem alternativas.

Entre os refrigerantes gasosos, o hidrogênio é uma escolha popular, pois possui condutividade térmica significativamente maior em relação a outros gases, possui alta capacidade de calor específico, baixa densidade e, portanto, atrito muito baixo em aplicações onde isso realmente importa, como em geradores. É por isso que os turbogeradores são geralmente resfriados com gás hidrogênio, com o gás aquecido passando por um trocador de calor gás-água antes de ser recirculado. A manutenção desses turbogeradores resfriados a hidrogênio também leva a uma das características mais interessantes do hidrogênio: sua capacidade de entrar em combustão no ar em concentrações de hidrogênio entre 4% e 74%.

Combinado com o ponto de autoignição do hidrogénio a 571 °C, isto torna essencial evitar fugas de ar para o gerador e vice-versa. Antes que qualquer manutenção possa ser realizada no turbogerador, o hidrogênio deve ser purgado, o que torna o equilíbrio entre maior eficiência e facilidade de manutenção. E, como observado anteriormente, a maioria das usinas de energia possui um eletrolisador no local para gerar hidrogênio de reposição quando necessário.