[pt] ANÁLISE COMPARATIVA DO POTENCIAL TÉCNICO E AMBIENTAL DE DIVERSAS ROTAS DA CADEIA DE HIDROGÊNIO NA DESCARBONIZAÇÃO DE SETORES CHAVES DA ECONOMIA BRASILEIRA

[en] COMPARATIVE ANALYSIS OF THE TECHNICAL AND ENVIRONMENTAL POTENTIAL OF DIFFERENT ROUTES IN THE HYDROGEN CHAIN IN THE DECARBONIZATION OF KEY SECTORS OF THE BRAZILIAN ECONOMY

[pt] LUCAS RETTORE DE CARVALHO

[pt] GERACAO DE ELETRICIDADE

[pt] CAPTURA E SEQUESTRO DE CARBONO

[pt] REFORMA A VAPOR

[pt] HIDROLISE DA AGUA

[pt] TRANSPORTE RODOVIARIO

[pt] GASEIFICACAO

[en] ELECTRICITY GENERATION

[en] CARBON CAPTURE AND STORAGE

[en] STEAM REFORMING

[en] WATER HYDROLYSIS

[en] ROAD TRANSPORT

[en] GASIFICATION

[pt] A matriz energética global precisa passar por uma profunda transformação, de um sistema baseado em combustíveis fósseis, para um sistema de baixo carbono eficiente. Dada a importância desta transição, o hidrogênio se apresenta com uma fonte energética renovável e de alta capacidade para possibilitar este futuro verde. Evidencia-se, portanto, a importância do desenvolvimento de estudos que contribuam para a análise e otimização dos processos de produção e formas de uso desta fonte de energia. Assim, este trabalho consiste em uma revisão bibliográfica exploratória acerca dos pontos fundamentais relativos à produção e uso do hidrogênio e do seu posicionamento no mercado energético atual, focando na avaliação do hidrogênio cinza, marrom, azul e verde. Durante a revisão da literatura, foram levantados dados de emissões em kgCO2eq a partir de avaliações de ciclo de vida com perímetros de avaliação similares e comparáveis. Ao final do trabalho, são realizadas simulações da redução relativa de emissões de gases de efeito estufa nos cenários de produção de energia elétrica e de transporte rodoviário, quando o hidrogênio a partir de diferentes rotas é utilizado como substituto para combustíveis fósseis. Para o cenário nacional de geração elétrica, onde 15% da matriz é ainda produzida a partir de gás natural e carvão, os resultados das simulações indicaram reduções de até 40% da pegada de carbono do Sistema Interligado Nacional, na substituição de ambos por hidrogênio azul. No cenário do transporte rodoviário, foram constatados maiores potenciais de ganhos sendo viabilizados através do hidrogênio verde. Em casos de motores de combustão interna (ICE) com misturas de hidrogênio verde com gás natural e diesel, até aproximadamente 34% e 31% de reduções foram constatadas, respectivamente, e células a combustível com membranas de troca de prótons (PEMFC) com hidrogênio verde puro, reduções de até 70% foram encontradas na comparação com o gás natural. Considerando a falta de competitividade econômica do hidrogênio verde , os resultados de redução do hidrogênio azul de ambos os cenários geram otimismo para a sua utilização como um meio de impulsionar a economia do hidrogênio e já agir agora na descarbonização destes setores. Os casos que utilizam ICE mistura de diesel + hidrogênio azul e ICE mistura de gás natural e hidrogênio azul a partir de gás natural apresentaram reduções de emissões em até 18% e 23% respectivamente. Com carros a PEMFC com hidrogênio azul a partir de gás natural as reduções chegaram a até 48% quando substituem diesel.

[en] The global energy system needs to undergo a profound transformation, from a system based on fossil fuels, to an efficient and renewable low-carbon system. Given the importance of this transition towards more sustainable models, hydrogen presents itself as a renewable energy source with high capacity to enable this green future. Therefore, the importance of developing studies that contribute to the analysis and optimization of production processes and ways of using this source of energy is evident. Thus, this work consists of an exploratory bibliographic review about the fundamental points related to the production and use of hydrogen and its position in the current energy market. This study focused on the evaluation of gray, brown, blue and green hydrogen. During the literature review, emissions data in kgCO2eq were collected from life cycle assessments with similar and comparable assessment perimeters. At the end of the study, simulations of the relative reduction of greenhouse gases emissions are carried out in the scenarios of electricity production and road transport, when hydrogen from different routes is used as a substitute for fossil fuels. For the national electricity generation scenario, where 15% of the matrix is still produced from natural gas and coal, the simulation results indicated reductions of up to 40% in the carbon footprint of the Sistema Interligado Nacional, replacing both with blue hydrogen. For the scenario of road transport, greater potential gains were found to be made possible through green hydrogen. Internal combustion engine (ICE) with mix of natural gas + green hydrogen and diesel + green hydrogen, up to approximately 34% and 31% were found, respectively, and proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with green hydrogen, reductions of up to 70% were found in comparison with natural gas. But due to the green hydrogen economic competitiveness difficulties, the blue hydrogen reduction results of both scenarios generate optimism for its use as a means of boosting the hydrogen economy and already acting now in the decarbonization of these sectors. Cases using ICE with mix of diesel + blue hydrogen and ICE with mix of natural gas and blue hydrogen from natural gas showed emission reductions of up to 18% and 23% respectively. With PEMFC cars with blue hydrogen from natural gas, reductions reached up to 48% when replacing diesel.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

2023-07-18

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.63292