Mais e mais países estão começando a definir metas estratégicas para energia de hidrogênio, e alguns investimentos estão tendendo ao desenvolvimento de tecnologia de hidrogênio verde. A UE e a China estão liderando esse desenvolvimento, buscando vantagens pioneiras em tecnologia e infraestrutura. Enquanto isso, Japão, Coreia do Sul, França, Alemanha, Holanda, Nova Zelândia e Austrália lançaram estratégias de energia de hidrogênio e desenvolveram planos piloto desde 2017. Em 2021, a UE emitiu um requisito estratégico para energia de hidrogênio, propondo aumentar a capacidade operacional de produção de hidrogênio em células eletrolíticas para 6 GW até 2024, contando com energia eólica e solar, e para 40 GW até 2030, a capacidade de produção de hidrogênio na UE será aumentada para 40 GW em mais 40 GW fora da UE.
Como acontece com todas as novas tecnologias, o hidrogênio verde está migrando da pesquisa e desenvolvimento primário para o desenvolvimento industrial convencional, resultando em custos unitários mais baixos e maior eficiência em projeto, construção e instalação. O hidrogênio verde (LCOH) consiste em três componentes: custo da célula eletrolítica, preço da eletricidade renovável e outros custos operacionais. Em geral, o custo da célula eletrolítica representa cerca de 20% a 25% do hidrogênio verde (LCOH) e a maior parcela da eletricidade (70% a 75%). Os custos operacionais são relativamente baixos, geralmente inferiores a 5%.
Internacionalmente, o preço da energia renovável (principalmente solar e eólica em larga escala) caiu significativamente nos últimos 30 anos, e seu custo equalizado de energia (LCOE) está agora próximo ao da energia a carvão (US$ 30-50/MWh), tornando as energias renováveis mais competitivas em termos de custo no futuro. Os custos de energia renovável continuam caindo 10% ao ano e, por volta de 2030, os custos de energia renovável atingirão cerca de US$ 20/MWh. Os custos operacionais não podem ser reduzidos significativamente, mas os custos unitários das células podem ser reduzidos, e espera-se uma curva de custo de aprendizagem semelhante para as células, como para a energia solar ou eólica.
A energia solar fotovoltaica foi desenvolvida na década de 1970 e o preço dos LCOEs solares fotovoltaicos em 2010 era de cerca de US$ 500/MWh. O LCOE da energia solar fotovoltaica diminuiu significativamente desde 2010 e atualmente está entre US$ 30 e US$ 50/MWh. Dado que a tecnologia de células eletrolíticas é semelhante ao padrão industrial para a produção de células solares fotovoltaicas, de 2020 a 2030, a tecnologia de células eletrolíticas provavelmente seguirá uma trajetória semelhante à das células solares fotovoltaicas em termos de custo unitário. Ao mesmo tempo, o LCOE da energia eólica caiu significativamente na última década, mas em uma proporção menor (cerca de 50% offshore e 60% onshore).
Nosso país utiliza fontes de energia renováveis (como energia eólica, fotovoltaica e hidrelétrica) para a produção de hidrogênio eletrolítico aquoso. Quando o preço da eletricidade é controlado em menos de 0,25 yuan/kWh, o custo de produção de hidrogênio apresenta relativa eficiência econômica (15,3 a 20,9 yuan/kg). Os indicadores técnicos e econômicos da produção de hidrogênio por eletrólise alcalina e eletrólise PEM são apresentados na Tabela 1.
O método de cálculo de custos da produção de hidrogênio eletrolítico é mostrado nas equações (1) e (2). LCOE = custo fixo/(quantidade de produção de hidrogênio x vida útil) + custo operacional (1) Custo operacional = consumo de eletricidade na produção de hidrogênio x preço da eletricidade + preço da água + custo de manutenção do equipamento (2) Tomando como exemplo os projetos de eletrólise alcalina e eletrólise PEM (1000 Nm3/h), suponha que o ciclo de vida total dos projetos seja de 20 anos e a vida útil seja de 9×104h. O custo fixo da célula eletrolítica compacta, dispositivo de purificação de hidrogênio, taxa de material, taxa de construção civil, taxa de serviço de instalação e outros itens é calculado em 0,3 yuan/kWh para eletrólise. A comparação de custos é mostrada na Tabela 2.
Comparado a outros métodos de produção de hidrogênio, se o preço da eletricidade proveniente de energias renováveis for inferior a 0,25 yuans/kWh, o custo do hidrogênio verde pode ser reduzido para cerca de 15 yuans/kg, o que representa uma vantagem de custo. No contexto da neutralidade de carbono, com a redução dos custos de geração de energia renovável, o desenvolvimento em larga escala de projetos de produção de hidrogênio, a redução do consumo de energia e dos custos de investimento em células eletrolíticas, e a orientação do imposto sobre o carbono e outras políticas, o caminho para a redução do custo do hidrogênio verde será gradualmente desobstruído. Ao mesmo tempo, como a produção de hidrogênio a partir de fontes de energia tradicionais será misturada com muitas impurezas relacionadas, como carbono, enxofre e cloro, e o custo da purificação sobreposta e da CCUS, o custo real de produção poderá exceder 20 yuans/kg.
Horário da publicação: 06/02/2023