Cada vez mais países estão começando a definir metas estratégicas para a energia do hidrogênio, e alguns investimentos estão se direcionando para o desenvolvimento de tecnologias de hidrogênio verde. A UE e a China lideram esse desenvolvimento, buscando vantagens de pioneirismo em tecnologia e infraestrutura. Enquanto isso, Japão, Coreia do Sul, França, Alemanha, Holanda, Nova Zelândia e Austrália lançaram estratégias para a energia do hidrogênio e desenvolveram planos piloto desde 2017. Em 2021, a UE estabeleceu uma meta estratégica para a energia do hidrogênio, propondo aumentar a capacidade operacional de produção de hidrogênio em células eletrolíticas para 6 GW até 2024, utilizando energia eólica e solar, e para 40 GW até 2030. A capacidade de produção de hidrogênio na UE será aumentada para 40 GW com a adição de 40 GW fora da UE.
Como acontece com todas as novas tecnologias, o hidrogênio verde está passando da fase inicial de pesquisa e desenvolvimento para o desenvolvimento industrial em larga escala, resultando em custos unitários mais baixos e maior eficiência no projeto, construção e instalação. O ciclo de vida do hidrogênio verde (LCOH) é composto por 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 custo total do LCOH, e a maior parte corresponde ao custo 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 escala de serviços públicos) caiu significativamente nos últimos 30 anos, e seu custo nivelado de energia (LCOE) agora se aproxima do da energia gerada a partir do carvão (US$ 30-50/MWh), tornando as energias renováveis mais competitivas em termos de custo no futuro. Os custos da energia renovável continuam a cair 10% ao ano e, por volta de 2030, 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 aprendizado semelhante para as células, assim como para a energia solar ou eólica.
A energia solar fotovoltaica foi desenvolvida na década de 1970 e o custo nivelado de energia (LCOE) 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 fotovoltaicas solares, é provável que, de 2020 a 2030, essa tecnologia siga uma trajetória similar à das células fotovoltaicas solares em termos de custo unitário. Ao mesmo tempo, o LCOE da energia eólica diminuiu significativamente na última década, mas em menor proporção (cerca de 50% em alto-mar e 60% em terra).
Nosso país utiliza fontes de energia renováveis (como energia eólica, fotovoltaica e hidrelétrica) para a produção de hidrogênio por eletrólise da água. Quando o preço da eletricidade é controlado abaixo de 0,25 yuan/kWh, o custo de produção de hidrogênio apresenta uma eficiência econômica relativa (15,3 a 20,9 yuan/kg). Os indicadores técnicos e econômicos da produção de hidrogênio por eletrólise alcalina e por eletrólise PEM são apresentados na Tabela 1.
O método de cálculo de custos da produção eletrolítica de hidrogênio é mostrado nas equações (1) e (2). LCOE = custo fixo/(quantidade de hidrogênio produzido x vida útil) + custo operacional (1) Custo operacional = consumo de eletricidade para produção de hidrogênio x preço da eletricidade + preço da água + custo de manutenção do equipamento (2) Tomando como exemplo projetos de eletrólise alcalina e eletrólise PEM (1000 Nm³/h), assume-se que o ciclo de vida total dos projetos seja de 20 anos e a vida útil operacional seja de 9 × 10⁴ h. O custo fixo da célula eletrolítica compacta, do dispositivo de purificação de hidrogênio, da taxa de material, da taxa de construção civil, da 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 energia renovável for inferior a 0,25 yuan/kWh, o custo do hidrogênio verde pode ser reduzido para cerca de 15 yuan/kg, o que já representa uma vantagem em termos 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 de políticas como o imposto sobre o carbono, o caminho para a redução do custo do hidrogênio verde se tornará gradualmente mais claro. Ao mesmo tempo, como a produção de hidrogênio a partir de fontes de energia tradicionais resulta na mistura de muitas impurezas relacionadas, como carbono, enxofre e cloro, e considerando o custo adicional de purificação e captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), o custo real de produção pode ultrapassar 20 yuan/kg.
Data da publicação: 06/02/2023