Hidrogênio a partir de biomassa e uso em sistemas de bioenergia

A produção de hidrogênio a partir da biomassa e sua utilização em sistemas de bioenergia apresentam uma rota promissora para a descarbonização do setor energético, oferecendo sinergias importantes entre esses dois segmentos. A biomassa, matéria orgânica de origem vegetal ou animal, pode ser convertida em hidrogênio por meio de processos termoquímicos, como a gaseificação, ou processos biológicos, como a fermentação anaeróbia. O hidrogênio resultante pode ser utilizado como combustível em células a combustível, para a produção de eletricidade, ou como matéria-prima para a produção de outros combustíveis, como o biometano.

Vantagens da produção de hidrogênio a partir da biomassa:

Baixa emissão de carbono:

A biomassa é um recurso renovável, e a produção de hidrogênio a partir dela pode ser realizada com baixa emissão de carbono, especialmente quando combinada com tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono.

Diversificação da matriz energética:

A produção de hidrogênio a partir da biomassa pode contribuir para a diversificação da matriz energética, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

Oportunidades de negócio:

A relação entre a produção de hidrogênio e a bioenergia pode gerar novas oportunidades de negócio e investimentos, impulsionando o desenvolvimento de tecnologias e processos inovadores.

Uso em sistemas de bioenergia:

O hidrogênio produzido a partir da biomassa pode ser utilizado em diversos sistemas de bioenergia, como a produção de eletricidade em células a combustível, a cogeração de calor e energia, e a produção de biogás.

Processos de produção de hidrogênio a partir da biomassa:

Gaseificação:

A gaseificação da biomassa envolve o aquecimento da biomassa em condições controladas, resultando em um gás de síntese rico em hidrogênio, que pode ser purificado para obter hidrogênio puro.

Fermentação anaeróbia:

A fermentação anaeróbia da biomassa, utilizando microrganismos, pode gerar biogás, que contém metano e hidrogênio. O hidrogênio pode ser separado do biogás por meio de processos de purificação e reforma.

Potencial do Brasil:

O Brasil possui grande potencial para a produção de hidrogênio a partir da biomassa, devido à sua vasta disponibilidade de biomassa, como o bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz e resíduos florestais. A combinação da produção de hidrogênio com a expansão da bioenergia pode impulsionar a transição energética do país e gerar benefícios econômicos e ambientais.

Considerações:

É importante ressaltar que a produção de hidrogênio a partir da biomassa ainda apresenta desafios técnicos e econômicos que precisam ser superados para garantir a sua viabilidade em larga escala. No entanto, o potencial da biomassa como fonte de hidrogênio renovável é promissor, e o desenvolvimento de tecnologias e processos inovadores pode contribuir para a consolidação de uma economia de baixo carbono.

Na rota do hidrogênio sustentável

A demanda de hidrogênio no país para produzir os biocombustíveis pelas rotas HEFA e AtJ pode chegar a mais de 320 mil t/ano e 92 mil t/ano, respectivamente, em 2034

A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) lançou no final de junho a Nota Técnica (NT) “Hidrogênio e Biomassa: Oportunidades para produção e uso de hidrogênio em sistemas de bioenergia”1, onde foram mapeadas rotas tecnológicas e matérias-primas para produzir hidrogênio a partir da biomassa e o seu uso potencial na indústria bioenergética.

Um dos grandes atrativos do hidrogênio como vetor energético é a sua versatilidade, em função da diversidade de rotas de produção e de setores em que pode ser utilizado. No Brasil, o uso de biomassa para a produção de hidrogênio vem se destacando desde o ProH2 (Programa de Ciência, Tecnologia e Inovação para a Economia do Hidrogênio), lançado em 2002 pelo MCT2.

Um fator decisivo para isso é a participação da biomassa na matriz energética brasileira: em 2023, a biomassa contribuiu com cerca de ⅓ da oferta interna de energia do país, ocupando o segundo lugar em participação, atrás somente de petróleo e derivados.

Embora o hidrogênio proveniente de biomassa já tenha sido chamado pela própria EPE de “hidrogênio musgo”3, em associação ao hidrogênio verde que é produzido a partir de eletrólise da água, nesta NT a EPE evita a referência às cores do hidrogênio, devido à dificuldade de associar a intensidade de carbono a cada uma das cores.

A NT destaca as seguintes matérias-primas para a produção de hidrogênio a partir de biomassa:

(i) etanol, que pode ser usado como “vetor” de hidrogênio, aproveitando a infraestrutura logística já consolidada;

(ii) glicerina, coproduto da produção do biodiesel, hoje subutilizado, permitindo agregar valor à sua produção e integrando as rotas da indústria bioenergética;

(iii) biogás e biometano, provenientes de resíduos urbanos e agroindustriais, como a biomassa lignocelulósica (por exemplo, bagaço e palha de cana e casca de arroz), que não competem com a produção de alimentos.

As rotas termoquímicas, como reforma de etanol, glicerina e biogás/biometano, apresentam atualmente maior competitividade para a produção de hidrogênio a partir de biomassa, devido ao elevado nível de maturidade tecnológica. Além disso, o hidrogênio proveniente de biomassa é o único com potencial de emissões negativas, quando associado a um processo de captura e utilização do CO₂ gerado (CCUS).

As oportunidades de uso do hidrogênio e seus derivados na indústria de bioenergia estão tanto na fase agrícola, como na amônia que é utilizada para a produção de fertilizantes nitrogenados, quanto na fase industrial, como na produção de metanol e biocombustíveis.

O setor de biocombustíveis é um dos grandes potenciais consumidores de hidrogênio de baixo carbono produzido no Brasil. O hidrogênio é utilizado para a produção de diesel verde e combustível sustentável de aviação (SAF), tanto no hidro processamento de ésteres e ácidos graxos (rota HEFA- “Hydroprocessed Esters and Fatty Acids”) quanto na hidrogenação de olefinas obtidas a partir de oligomerização de álcoois (rota AtJ- “Alcohol-to-Jet”).

A demanda de hidrogênio no país para produzir os biocombustíveis pelas rotas HEFA e AtJ pode chegar a mais de 320 mil t/ano e 92 mil t/ano, respectivamente, em 2034.

Considerando ainda a estimativa de demanda de hidrogênio para a produção de metanol utilizado na síntese do biodiesel e para a produção de fertilizantes nitrogenados aplicados nas culturas de soja, milho e cana destinadas à síntese de biocombustíveis, esse valor chega a quase 1 milhão t/ano em 2034, praticamente o dobro da produção atual de hidrogênio no Brasil (500 mil t/ano).

A NT destaca que o interesse do setor de bioenergia em reduzir a intensidade de carbono dos biocombustíveis e seus coprodutos, em particular a partir do acesso a insumos de baixa emissão de carbono, pode ter um papel significativo em impulsionar o desenvolvimento das cadeias nacionais de hidrogênio.

Por outro lado, o fortalecimento do mercado de hidrogênio de baixo carbono e seus derivados pode se tornar uma opção de alto valor agregado para a indústria de bioenergia, mostrando a sinergia entre os dois setores. (brasilenergia)