Navio movido a hidrogênio poderia transformar a indústria naval

Navio movido a hidrogênio poderia transformar a indústria naval, ajudando na diminuição dos gases de efeito estufa.

O uso de hidrogênio poderá chegar a indústria naval, que contribui hoje para as emissões de gases de efeito estufa.

A indústria naval emite atualmente 3% de todos os gases de efeito estufa. Para manter as temperaturas dentro de limites seguros, segundo especialistas, navios e outras embarcações terão que ser descarbonizados. O hidrogênio verde poderia ser a resposta?

Em rio no setor norte da Bélgica, uma embarcação que é movida com um combustível que todos aguardam ser o segredo para ajudar a diminuir os gases de efeito gerado estufa gerado por navios em todos as regiões do planeta futuramente, o hidrogênio.

O combustível foi testado no Hydroville, uma balsa especial para 16 passageiros que se desloca entre Kruibeke e Antuérpia. Hydroville foi lançado há três anos como o primeiro navio de passageiros movido a hidrogênio do mundo. Seu motor híbrido permite que ele funcione com hidrogênio e diesel.

“Decidimos por nós mesmos começar isso hoje, embora ainda não haja demanda”, diz Roy Campe, diretor-gerente da CMB.Tech, filial de P&D da CMB, proprietária da Hydroville. “Precisamos começar hoje para ter certeza de que em 10 anos já podemos começar a produzir todos os nossos navios com baixo nível de emissões. Não é um interruptor de luz que você simplesmente vira”.

O Hydroville é o primeiro navio de passageiros movido a hidrogênio do mundo.

O CMB já está em fase de construção de vários outros barcos que funcionam com hidrogênio, isso inclui uma balsa maior para 80 pessoas no Japão, com lançamento previsto para o início de 2021.

Setor de pequenas embarcações é um grande “laboratório” para expandir soluções de tecnologia limpa para grandes navios mercantes, de acordo com Diane Gilpin, fundadora da Smart Green Shipping Alliance. Hoje os navios emitem 3% de todos os gases de efeito estufa e as emissões devem crescer até 50% até 2050 se a indústria continuar em um caminho normal. Governos prometeram cortar emissões do transporte marítimo pela metade até 2050, mas a indústria tem sido lenta até agora para implementar estas medidas.

Precisa muita energia para transportar um navio na água, esse número tende a se maximizar à medida que o comércio mundial cresce. Para cortar emissões, parte dessa energia seria reduzida por meio de navios usando designs mais eficientes, instalando tecnologias para aproveitar o vento, indo um pouco mais devagar para economizar combustível ou simplesmente transportando menos coisas.

Mas, em última análise, se o transporte marítimo vai descarbonizar totalmente – e isso terá de acontecer se o mundo quiser permanecer dentro dos limites de temperatura seguros – ele precisa encontrar um substituto para os combustíveis fósseis.

Se quisermos manter o mundo dentro de limites de temperatura seguros, o transporte marítimo precisa encontrar um substituto para os combustíveis fósseis.

O programa de hidrogênio da CMB é um dos vários projetos de transporte em todo o mundo testando como o hidrogênio e outros combustíveis feitos a partir dele, como amônia e metanol, podem ser usados para alimentar uma indústria marítima de baixo carbono do futuro. Esses combustíveis, juntos muitas vezes chamados de combustíveis “sintéticos”, são vistos como uma opção particularmente promissora porque podem ser produzidos com eletricidade limpa, como a energia solar ou eólica, e queimados sem emitir gases de efeito estufa.

Por que hidrogênio?

O hidrogênio não é a única opção de combustível alternativo, é claro. Biocombustíveis – combustíveis feitos de materiais vegetais ou resíduos animais – são outra. Mas eles têm uma grande variedade de usos planejados em outros setores, enquanto sua produção sustentável é limitada, diz Tristan Smith, pesquisador de emissões marítimas da University College London.

Baterias carregadas com eletricidade renovável são outra opção. Mas provavelmente haverá limites na distância que eles podem carregar; grandes navios cruzando oceanos simplesmente precisariam de baterias demais para funcionar apenas com elas.

Quase todo o hidrogênio é produzido usando combustíveis fósseis – na verdade, 6% do gás natural global e 2% do carvão atualmente vai para a produção de hidrogênio

O que deixa o hidrogênio e outros combustíveis sintéticos feitos de eletricidade limpa. O gás já é amplamente utilizado em processos industriais em todo o mundo – a demanda por ele aumentou três vezes desde 1975. Mas quase todo o hidrogênio, que já é usado fortemente na indústria, é produzido com combustíveis fósseis. Na verdade, 6% do gás natural global e 2% do carvão atualmente vão para a produção de hidrogênio. Embora esse tipo de hidrogênio possa ser usado para abastecer navios com emissões zero do próprio navio, obviamente não é de baixo carbono, já que são usados combustíveis fósseis para produzi-lo.

Mas o hidrogênio também pode ser produzido sem combustíveis fósseis, usando energia renovável para dividir a água em um processo chamado eletrólise. Esse processo é caro e, atualmente, apenas 0,1% do hidrogênio é feito com ele, mas é aqui que reside a principal esperança de um combustível de navegação ecologicamente correto. “O hidrogênio verde pode ser realmente livre de emissões em um ciclo de vida completo”, diz Marie Hubatova, especialista em emissões de transporte do Fundo de Defesa Ambiental. “Isso significa desde o ponto de onde o combustível é extraído, ou produzido, até o ponto de combustão”.

A planta de teste da Toshiba produz hidrogênio por eletrólise, em vez de usar combustíveis fósseis – um processo usado para fazer apenas 0,1% de hidrogênio.

O problema é que agora a disponibilidade de hidrogênio verde simplesmente não está lá, diz Xiaoli Mao, pesquisador da equipe marinha do Conselho Internacional de Transporte Limpo (ICCT). “Os produtores de combustível precisam ver alguma demanda legítima para investir em sua produção, então é como um problema de ovo / galinha – se a tecnologia do navio se desenvolve primeiro ou o lado do combustível se desenvolve primeiro”, diz ela.

A própria CMB já está atuando como pioneira, construindo sua própria estação de abastecimento marítimo para carros, ônibus e navios a hidrogênio no porto de Antuérpia, que produzirá seu próprio hidrogênio usando um eletrolisador. “Primeiro precisamos mostrar, olha, somos clientes e estamos dispostos a pagar essa quantia pelo hidrogênio”, diz Campe. “E então você vê, ‘Oh, há um caso de negócios para os eletrolisadores’”.

Como funcionará em navios

Depois que o hidrogênio é produzido, existem várias maneiras de usá-lo para fornecer energia a navios.

Pode ser queimado em um motor de combustão interna, como Hydroville está fazendo atualmente. Uma desvantagem disso é que queimar qualquer coisa no ar, que consiste em grande parte de nitrogênio, inevitavelmente produz algum nível de óxidos de nitrogênio – que são os principais poluentes do ar.

O trem de força do Hydroville opera via hidrogênio.

Essas emissões poderiam ser combatidas com a instalação de algum tipo de dispositivo de pós-tratamento, diz Mao. Mas o hidrogênio também pode ser usado em uma célula de combustível – um dispositivo que converte quimicamente o combustível em eletricidade sem a necessidade de queimá-lo, e a única emissão é a água. “Os principais desafios de fazer esse trabalho em um navio são apenas torná-lo grande o suficiente”, diz Smith, observando a enorme despesa de instalação de células de combustível suficientes para alimentar um navio. “Há uma questão real se essa é ou não uma opção que funcionará na escala dos navios.”

Outras opções podem existir para o hidrogênio. Uma empresa do Reino Unido, Steamology, está nos estágios iniciais de desenvolvimento de eletricidade a hidrogênio movida a vapor. Aqui, o vapor criado pela queima de hidrogênio com oxigênio puro de um tanque é usado para acionar uma turbina, gerando eletricidade. A tecnologia está sendo testada em trens, mas tem grande potencial para ser usada no setor de navegação, dizem seus fundadores. “É bastante rudimentar em muitos aspectos”, diz Matt Candy, CEO da Steamology. “Portanto, acreditamos que temos uma solução elétrica a vapor. Não temos nenhum óxido de nitrogênio, nossa emissão é genuinamente zero. Mas temos que passar pelo problema de queimar hidrogênio em um ambiente de oxigênio”.

Apesar dessas tecnologias promissoras, a mudança para o combustível hidrogênio não ocorre sem grandes desafios.

Para começar, é altamente inflamável. O CMB executa programas de treinamento para sua tripulação e outros, examinando de tudo, desde como manter um sistema de hidrogênio a bordo de um navio até como lidar com a segurança contra incêndio. Também é muito caro, embora seus custos estejam caindo, exigirá capacidade extra de eletricidade.

Como o hidrogênio é altamente inflamável, a CMB está tendo que treinar sua tripulação em novos protocolos de segurança.

O verdadeiro desafio de usá-lo em remessas de longa distância é a dificuldade em armazená-lo. O hidrogênio não pode simplesmente substituir o combustível de abastecimento no sistema atual. Para armazená-lo a bordo de um navio como um líquido, ele precisa ser congelado em temperaturas criogênicas de -253°C (-423°F), diz Hubatova, mesmo assim, ocupa muito espaço, cerca de 8 vezes mais do que a quantidade de gás e óleo naval necessária para fornecer a mesma quantidade de energia, de acordo com a análise da EDF.

O espaço extra necessário para o hidrogênio tem causado preocupação na indústria de que pode ser necessário limpar a carga para abrir espaço para o combustível. Mas uma análise do ICCT concluiu que essa barreira poderia ser superada. Ele descobriu que 43% das viagens atuais entre a China e os Estados Unidos, uma das rotas marítimas mais movimentadas do mundo – poderiam ser feitas usando hidrogênio sem a necessidade de espaço para carga ou para parar mais vezes para reabastecer. Quase todas as viagens poderiam ser movidas a hidrogênio, com apenas pequenas mudanças na capacidade de combustível ou nas operações, concluiu.

Usar hidrogênio para produzir amônia pode ser uma alternativa

Hidrogênio é frequentemente usado como um termo abrangente para combustíveis sintéticos, mas muitos especialistas acreditam que outra opção é realmente melhor: usar o hidrogênio verde para fazer amônia verde, outro combustível que pode ser queimado ou usado em uma célula de combustível. A amônia é muito mais fácil de armazenar do que o hidrogênio (ela precisa de refrigeração, mas não de temperaturas criogênicas) e ocupa cerca de metade do espaço, pois é muito mais densa. Ele também pode ser convertido de volta em hidrogênio a bordo de um navio, o que significa que pode ser carregado e armazenado no navio como amônia, mas usado em uma célula de combustível de hidrogênio.

“No momento, a melhor aposta é apenas transformar [hidrogênio] em amônia”, diz Smith. “A amônia é muito mais barata de armazenar; você pode armazená-lo em um tanque pressurizado, então você não precisa ter nenhum tipo de criogenia. É apenas uma pequena quantidade mais cara de fazer do que o hidrogênio”.

Um barco experimental de hidrogênio do Energy Observer da França testa tipos de energia renovável.

As advertências? Em 1º lugar, a amônia é tóxica tanto para os humanos quanto para a vida aquática, portanto, é necessário cuidado. Em 2º lugar, a etapa extra para converter hidrogênio em amônia usará mais eletricidade renovável, tornando a amônia mais cara.

Ainda assim, a amônia é vista por muitos na indústria como a opção mais viável: um consórcio de empresas recebeu recentemente financiamento da UE para instalar a primeira célula de combustível movida a amônia do mundo em um navio em 2023.

O hidrogênio verde em si já é caro e, por muito tempo, muitos duvidaram se algum dia seria barato o suficiente para ser amplamente utilizado como combustível. Mas as enormes reduções de custo em energia eólica e solar nos últimos anos ajudaram a desafiar essa visão, com alguns especialistas projetando que o custo do hidrogênio verde cairá significativamente mais na próxima década.

Mudança necessária

Após um início letárgico da ação climática nas últimas décadas, há alguns sinais de que a indústria naval está começando a prestar atenção aos riscos que a crise climática representa. De acordo com Smith, grandes porcentagens da indústria agora pensam que precisarão se livrar dos combustíveis fósseis, sendo os derivados de hidrogênio, como a amônia, considerados as alternativas mais prováveis. “Há um milhão de perguntas sobre como saímos de onde estamos hoje para esse objetivo final”, diz ele. “Mas a ideia de que é para onde estamos indo agora é muito, muito, muito popular”.

Os principais desafios permanecem para a descarbonização da indústria.

Isso é apoiado por grupos como Getting to Zero Coalition, um grupo de armadores, portos e países que se comprometeram a introduzir navios com emissão zero em rotas marítimas profundas até 2030. No início deste ano, o grupo compilou uma lista de 66 emissões zero pilotos e projetos de demonstração para remessas em todo o mundo, muitos envolvendo combustíveis de hidrogênio. “Eles provavelmente serão o grupo que será realmente pioneiro nos navios de hidrogênio e amônia em uma escala maior do que os pilotos”, diz Hubatova. “Essa ação de baixo para cima é muito importante, pois envia o sinal certo para a indústria em geral.”

Mas, na ausência de uma regulamentação mais forte para as emissões da indústria naval, a velocidade de descarbonização será limitada. “O papel da abordagem de cima para baixo na forma de regulamentações também é crucial, pois garantirá que todos se transformem em carbono zero, não apenas os participantes mais progressistas”, diz Hubatova.

Temos opções: podemos essencialmente proibir progressivamente os combustíveis fósseis nos navios ou podemos tentar incentivar o mercado de combustíveis derivados de hidrogênio

Na verdade, Smith argumenta que a principal restrição para as emissões do transporte marítimo não vem de barreiras tecnológicas, mas do processo político – mais significativamente, a Organização Marítima Internacional, o órgão da ONU responsável por lidar com o impacto climático do transporte marítimo. “Temos opções: podemos essencialmente proibir progressivamente os combustíveis fósseis em navios ou podemos tentar incentivar o mercado de combustíveis derivados de hidrogênio”, diz ele.

Smith prevê 3 estágios nos próximos 15 anos para os combustíveis derivados do hidrogênio no transporte marítimo: um aumento nos testes e primeiros do tipo de agora até 2025; uma absorção de hidrogênio por pioneiros na indústria até 2030; em seguida, uma escala mais ampla será implementada após 2030, conforme os custos diminuem e a infraestrutura para reabastecimento se torna mais difundida. As companhias de navegação já estão falando em encomendar navios “prontos para zero”, que podem ser facilmente adaptados para amônia, acrescentou ele. “A mentalidade deles é: eu sei que em 10 anos terei que fazer algo para operar aquele navio com amônia”, diz ele.

O resultado das emissões do transporte marítimo depende de uma ampla gama de fatores, desde regulamentações até a adoção de outras tecnologias. Mas há um crescente corpo de evidências de quão rápido o setor de transporte marítimo pode descarbonizar se decidir por isso, com um grande relatório descobrindo que ele poderia descarbonizar quase completamente até 2035 usando tecnologias atualmente conhecidas, incluindo combustíveis verdes alternativos como o hidrogênio.

Um relatório descobriu que o transporte marítimo poderia descarbonizar quase completamente até 2035 usando tecnologias atualmente conhecidas, incluindo hidrogênio.

Gilpin acredita que o setor poderia reduzir as emissões pela metade até 2030. “Se tratássemos essa emergência climática, como tratamos a emergência da Covid, com certeza poderíamos”, diz ela. “Mas nós não, pensamos ‘Oh, é um pouco difícil, vamos ter outra reunião sobre isso’”.

Mao concorda que, para garantir a adoção generalizada de tecnologia de transporte de emissões mais baixas, regulamentos obrigatórios rigorosos são vitais. Mesmo que os combustíveis de hidrogênio não sejam amplamente usados por uma década ou mais, ela diz, “realmente precisamos começar agora”.

“Existem muitas barreiras, vamos enfrentá-lo”, diz ela. “Devemos dedicar nosso dinheiro de pesquisa para tornar isso uma realidade no futuro”. (clickpetroleoegas)