Como o Brasil constrói sua indústria do hidrogênio

O hidrogênio, elemento químico mais abundante do universo, é apontado por especialistas em energia como uma das principais apostas para a descarbonização do setor de transporte leve e pesado. Suas aplicações também se estendem à agricultura, na produção de fertilizantes, e à siderurgia, como insumo alternativo para processos de alta emissão de carbono.

Nos últimos anos, o Brasil avançou na construção de um arcabouço legal para o setor, com a sanção do Marco Legal do Hidrogênio de Baixa Emissão de Carbono e do Programa de Desenvolvimento do Hidrogênio de Baixa Emissão de Carbono, ambos em 2024. 

As novas legislações criaram instrumentos de fomento e buscaram dar previsibilidade regulatória a um mercado ainda incipiente. Na prática, os incentivos ainda não foram suficientes para atrair investimentos em escala que acelere o desenvolvimento tecnológico e a competitividade do hidrogênio brasileiro no cenário global.

Neste texto, o Nexo investiga as rotas de produção e aplicação do hidrogênio no Brasil e os desafios para consolidar essa cadeia tecnológica.

O hidrogênio se tornou um dos eixos centrais nos debates globais sobre descarbonização, especialmente no setor de transporte. Quando usado em carros e caminhões, ele mantém a experiência logística do veículo convencional, mas emite apenas vapor de água como subproduto. Isso significa abastecimento rápido e autonomia de centenas de quilômetros, de forma semelhante ao ato de encher o tanque com etanol, gasolina ou diesel.

Essa autonomia é possível graças às células a combustível, dispositivos que geram eletricidade por meio de uma reação química entre hidrogênio e oxigênio, sem combustão. Nesse processo, o hidrogênio atua como um combustível elétrico, que alimenta o motor enquanto produz apenas calor e água. O carro movido a hidrogênio é, na prática, um veículo elétrico híbrido, equipado tanto com bateria quanto com célula a combustível, o que dispensa a necessidade de recarregar o automóvel na tomada.

A célula a combustível converte até 70% da energia do hidrogênio em eletricidade, enquanto um motor a combustão tradicional aproveita cerca de 35% do combustível. 

“Você tem um veículo elétrico, com recarregamento rápido e boa autonomia, mas sem depender de uma rede de carregadores espalhados por toda a parte. No caso dos elétricos convencionais, se todo mundo carregar ao mesmo tempo, a rede não aguenta. A gente viu isso em São Paulo, quando colocaram 400 ônibus elétricos para carregar na mesma garagem e acabou derrubando o bairro inteiro. Com o hidrogênio, esses problemas de distribuição de energia não existem”, explica o Emílio Carlos Nelli Silva, vice-diretor científico do RCGI (Research Centre for Greenhouse Gas Innovation) da USP (Universidade de São Paulo) e professor da instituição.

Silva acredita que caminhões e ônibus devem ser a porta de entrada do hidrogênio no Brasil. A vantagem está na autonomia similar à do diesel e em questões típicas da eletrificação, como a regeneração de energia nas frenagens e descidas, o que reduz significativamente o consumo. Já na aviação, o uso de hidrogênio em células a combustível ainda deve ficar limitado a aeronaves de pequeno porte, com até 40 passageiros.

Francisco Edvan Bezerra Feitosa, professor do IFF (Instituto Federal Fluminense), estuda o tema do hidrogênio há quase uma década. Em seu doutorado pela UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais), ele desenvolveu um projeto de usina solar para a produção de hidrogênio. Segundo o pesquisador, a tecnologia de células a combustível já é considerada madura, com carros movidos a hidrogênio em operação comercial no exterior. O obstáculo é a falta de hidrogênio disponível em escala.

Além do segmento da mobilidade, Feitosa vê grande potencial de uso do hidrogênio em termoelétricas e indústrias que precisam de altas temperaturas. “O gás natural queimado nas usinas poderia ser parcialmente substituído por hidrogênio. As termoelétricas brasileiras já estão aptas a operar com até 20% de mistura no combustível”. 

Essa proporção, conhecida como blending, já seria suficiente para reduzir significativamente as emissões de dióxido de carbono. “Se todas as termoelétricas do Brasil queimassem 20% de hidrogênio junto com o gás natural, a queda nas emissões seria enorme. Mas sair de uma economia baseada no petróleo para outra baseada no hidrogênio não é simples. O mundo inteiro se desenvolveu com o petróleo”, comenta.

O hidrogênio não é encontrado livre na natureza. Ele precisa ser extraído de substâncias que o contenham, como água, gás natural, biomassa ou carvão. Cada rota de produção tem custos e impactos ambientais distintos. O hidrogênio azul, produzido a partir do gás natural por um processo químico conhecido como reforma a vapor, é o mais barato. Custa cerca de 1,50 dólar por quilo, mas não reduz emissões. O cinza, derivado do carvão mineral, é ainda mais poluente.

O Marco Legal do Hidrogênio de Baixa Emissão de Carbono foi responsável por definir as rotas mais sustentáveis de produção de hidrogênio. Quando o processo envolve fontes fósseis, mas inclui mecanismos de captura e armazenamento de carbono que reduzem as emissões de gases de efeito estufa, o produto é classificado como hidrogênio de baixa emissão de carbono. 

Já quando a matéria-prima é renovável, como biomassa, etanol ou resíduos agroindustriais, fala-se em hidrogênio renovável. O hidrogênio verde, por sua vez, é obtido por eletrólise da água, processo que utiliza eletricidade de fontes renováveis para separar o hidrogênio do oxigênio, sem liberar carbono na atmosfera.

O marco legal permite rotas produtivas que ainda emitem CO2, desde que apresentem redução relativa das emissões, como no uso de biomassa e etanol, por exemplo. Luciane Silva Neves, professora da UFSM (Universidade Federal de Santa Maria), indica que essa abordagem não representa atraso, mas adaptação à realidade brasileira, marcada por uma forte base de biocombustíveis. 

“Aqui a gente fala em hidrogênio de baixo carbono e aceita emissões de até 7 kg de CO2 por quilo de hidrogênio. Isso é muito alto se você compara com o que está sendo praticado na Europa. Mas essa escolha reflete a nossa realidade, porque o Brasil tem biomassa, tem etanol, tem biocombustível. A gente não pode fingir que isso não existe”, revela.

Segundo a professora, o Brasil, com uma das matrizes elétricas mais limpas do planeta, ainda não explora plenamente o potencial de produzir hidrogênio verde por eletrólise a partir dos excedentes de energia renovável, enquanto países com matrizes fósseis avançam mais rápido. Apesar disso, Neves observa que o Brasil já abriga núcleos de competência em hidrogênio espalhados por diferentes regiões do país. 

No Rio Grande do Sul, a UFSM e outras instituições desenvolvem projetos de produção descentralizada de hidrogênio. Em Santa Catarina, as pesquisas avançam em armazenamento, integração em microrredes e conversão de motores. O Paraná e a Itaipu Binacional exploram o uso da energia renovável da usina para gerar hidrogênio, com aplicações em embarcações e parcerias com o saneamento básico para produzi-lo a partir de resíduos orgânicos.

Em Minas Gerais, destaca-se o polo de Itajubá, que conta com um posto de abastecimento para veículos a hidrogênio e testes de motores convertidos. No Nordeste, Piauí e Ceará lideram iniciativas associadas à geração eólica e aos planos de exportação pelos portos de Pecém e Suape. Já na Amazônia, o foco está em aplicações fluviais e rotas baseadas em biomassa, enquanto o Sudeste industrial aposta no etanol e em tecnologias voltadas à descarbonização da indústria.

A rota do etanol é justamente a aposta do RCGI, da USP. Diferentemente da eletrólise da água, que exige grande quantidade de energia elétrica, o método desenvolvido pelo centro utiliza um gerador termoquímico em que o próprio etanol fornece o calor necessário para quebrar suas moléculas e liberar o hidrogênio. 

Silva, o vice-diretor científico do RCGI, explica que uma das principais vantagens do processo é a facilidade logística. Por ser transportável e amplamente disponível no Brasil, o etanol pode viabilizar a produção de hidrogênio em regiões remotas, como a Amazônia, sem necessidade de novas linhas de transmissão elétrica. 

O grupo também conduz testes com veículos movidos a hidrogênio, incluindo dois automóveis e um caminhão, para avaliar a qualidade do combustível e o desempenho em clima tropical. Paralelamente, o RCGI pesquisa células a combustível que operam diretamente com etanol, eliminando a etapa intermediária de conversão para hidrogênio. “A ideia é simples: colocar etanol no tanque e gerar eletricidade diretamente dentro do carro”, resume Silva.

No LNNano (Laboratório Nacional de Nanotecnologia), do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), uma das frentes de pesquisa em hidrogênio utiliza energia solar e busca ir além do arranjo clássico, em que o painel fotovoltaico gera eletricidade que depois alimenta o processo de eletrólise. Em vez de separar as etapas, a equipe desenvolveu fotoeletrolisadores, dispositivos em que materiais semicondutores imersos em água absorvem a luz do sol e quebram diretamente a molécula de água, produzindo hidrogênio dentro do próprio reator.

A proposta do grupo não é competir com a eletrólise convencional, mas criar a próxima geração de eletrolisadores e ampliar o portfólio de tecnologias limpas, reduzindo a complexidade dos sistemas. A rota aposta em materiais simples, abundantes e estáveis, como óxido de ferro (ferrugem) e óxido de cobre.  

O sistema tem aplicação voltada para indústrias que utilizam hidrogênio como insumo, como fertilizantes, combustíveis sintéticos, aço e agroindústria, com produção in loco para evitar transporte e armazenamento do gás. “Nosso foco são indústrias químicas e agroindustriais que podem produzir o hidrogênio dentro da própria planta”, reforça Flávio Souza, pesquisador do LNNano/CNPEM.

“Temos o essencial para esta tecnologia. Sol o ano inteiro, pouco frio, pouca chuva e muita radiação solar”, afirma Souza. Segundo o pesquisador, o sistema desenvolvido no CNPEM não precisa de água potável. “A indústria é que define o nível de pureza. Se quiser o hidrogênio mais puro do mundo, usa água ultrapura. Se não, pode até ser água de esgoto, porque nosso material ainda degrada os poluentes presentes nela”, indica.

Fonte: nexojornal