Transformando o armazenamento de hidrogênio na base da matriz energética do futuro

29/11/2023

hidrogénio

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O hidrogênio certamente terá um papel significativo nas metas mundiais de redução da emissão de gases de efeito estufa. Mais de 50 países já têm políticas que promovem o desenvolvimento do hidrogênio. A iniciativa REPowerEU, da União Europeia, tem como meta a produção de 10 milhões de toneladas métricas de hidrogênio verde até 2030 e a importação de mais 10 milhões de toneladas métricas. Nos Estados Unidos, a lei Inflation Reduction Act está financiando seis novos centros de hidrogênio e prevê a redução de aproximadamente 40% nas emissões de carbono até 2030. A mensagem para as empresas de energia, fabricantes de equipamentos e compradores é clara: o hidrogênio está chegando.

Os governos têm razões convincentes para encorajar o desenvolvimento de hidrogênio. Para indústrias pesadas como a petroquímica e a siderurgia, o hidrogênio de baixo carbono pode ser um substituto direto de matérias-primas fósseis (começando com o uso do “hidrogênio cinza”, já utilizado). Para o setor de transporte, o hidrogênio pode ser utilizado para fazer e-fuels (combustíveis sintéticos feitos a partir de hidrogênio e dióxido de carbono), que podem abastecer navios e aviões de forma sustentável. O hidrogênio também é uma ótima forma de transportar energia e fonte de energia contínua: ao contrário da energia eólica ou solar, o hidrogênio pode ser produzido, armazenado e distribuído sempre.

Entretanto, o uso de hidrogênio como fonte de energia para operações e indústrias não acontecerá de um dia para o outro. Primeiro, países precisarão construir uma cadeia de suprimento de hidrogênio confiável e de qualidade, sustentada por apoio político, investimentos de longo prazo e regulações. Isso vale especialmente para o armazenamento de hidrogênio, uma etapa da cadeia de produção que é essencial para equilibrar a oferta e a demanda de hidrogênio.

As cores do hidrogênio

O hidrogênio recebe diferentes designações de acordo com o seu método de produção. Alguns dos mais comuns são:

Hidrogênio cinza, feito de gás natural ou metano por meio da reformulação a vapor do metano sem capturar emissões de gases do efeito estufa.
Hidrogênio azul, também feito de gás natural ou metano por meio da reformulação a vapor do metano, mas as emissões são capturadas com a tecnologia de captura de carbono.
Hidrogênio verde, feito de energia renovável, como eólica ou solar, que alimenta o processo de eletrólise da água, com quase zero emissões.

O objetivo final é reduzir as emissões de CO2 ao longo da cadeia de produção. A intensidade de carbono na produção e no uso do hidrogênio deve ser o critério mais relevante, com mira no desenvolvimento de hidrogênio de baixo carbono.

A cadeia de valor do hidrogênio

A produção de hidrogênio cinza ou azul começa com a extração de gás natural. No caso do hidrogênio verde, com a geração de energia eólica ou solar. Após a reformulação a vapor do metano ou a eletrólise, o hidrogênio resultante pode ser transportado para uso direto em indústrias e estações de reabastecimento de hidrogênio. O hidrogênio também pode ser armazenado em containers ou em áreas de armazenamento natural, como em cavernas subterrâneas de sal.

Essas opções de armazenamento serão cruciais para a expansão da disponibilidade de hidrogênio. Cavernas subterrâneas de sal conseguem armazenar milhares de toneladas métricas de hidrogênio, tornando-as ideais para projetos em larga escala, interconectadas com uma rede de gasodutos capazes de realizar balanceamentos sazonais. Quando essas áreas de armazenamento natural subterrâneas não estiverem disponíveis, a segurança do abastecimento e a otimização da produção dependerão do armazenamento distribuído. Neste caso, as áreas de armazenamento devem ser implantadas próximas às unidades de produção ou às operações de uso final e devem suportar até algumas dezenas de toneladas métricas de hidrogênio.

Superando os desafios da cadeia de abastecimento do hidrogênio

Quando se trata da cadeia de suprimento de hidrogênio, empresas e governos tendem a focar na produção e no uso, colocando o armazenamento e o transporte em segundo lugar. Entretanto, não há como construir uma cadeia de suprimento de hidrogênio segura, eficiente e otimizada sem desenvolver essas duas etapas. Este é o primeiro desafio da cadeia de valor do hidrogênio: construir todas as etapas ao mesmo tempo. O armazenamento de hidrogênio pode criar valor ao longo das várias etapas da cadeia de valor:

A produção de hidrogênio por eletrólise apresenta problemas de variabilidade da disponibilidade e do preço da energia elétrica pois a produção de hidrogênio geralmente depende de fontes energéticas intermitentes. Os produtores podem usar o armazenamento de hidrogênio para otimizar a matriz de eletricidade utilizada e melhorar a competitividade da produção.
As etapas intermediárias na cadeia do hidrogênio envolvem o transporte e a distribuição, que pode envolver a necessidade de armazenamento. Esse pode ser o caso, por exemplo, em estações de reabastecimento de hidrogênio, em que um compartimento de hidrogênio de alta pressão é necessário para garantir o abastecimento de vários veículos simultaneamente. O mesmo se aplica às carretas de reabastecimento para enviar o hidrogênio do produtor para os compradores.
Na etapa final, os desafios estão na consistência do abastecimento. Usuários finais em indústrias como a de expedição e siderurgia precisam ter certeza de que o hidrogênio estará disponível continuamente. A criação de um armazenamento temporário poderá garantir essa consistência mesmo no caso de eventos inesperados.

Evidentemente, a segurança é um pré-requisito inegociável sempre que houver armazenamento de hidrogênio, pois trata-se de um composto explosivo, corrosivo e inflamável.

Tubos seguros e testados para a infraestrutura de hidrogênio

Embora o hidrogênio ofereça um caminho para acelerar a transição energética e a descarbonização de indústrias pesadas, ele também precisa ser desenvolvido do jeito certo. Garantir a segurança é essencial. Para a Vallourec, isso significa lidar com desafios como a fragilização do aço e vazamentos logo na fase de P&D.

A fragilização do aço é um fenômeno em que o hidrogênio degrada o aço, criando trincas nos materiais. Para enfrentar esse problema, os especialistas da Vallourec fazem uso da sua experiência com desafios envolvendo corrosão para selecionar e validar os melhores materiais para estruturas de armazenamento de hidrogênio. Inúmeros testes já realizados confirmam o desempenho superior da linha de aços da Vallourec para aplicações de hidrogênio.

Para o controle de vazamentos, a Vallourec desenvolveu protocolos exigentes para o teste de vedação de conexões em unidades de armazenamento verticais de hidrogênio. Os testes incorporam feedbacks de clientes, buscando replicar os ambientes onde as soluções serão utilizadas, como em cavernas de sal. A Vallourec desenvolveu um plano de P&D específico para avaliar o desempenho do material. As conexões VAM® 21 premium apresentaram excelente vedação, sem vazamento de hidrogênio significativo ou mensurável.

A Vallourec está bem equipada para apoiar os projetos de infraestrutura de hidrogênio de clientes, com tubos e conexões para armazenamento em cavernas subterrâneas de sal, armazenamento ao nível do solo em cilindros de alta pressão e gasodutos de H2. Testados minuciosamente em nossa unidade de Aulonye (França), nossos tubos e conexões também têm um ótimo histórico nas áreas operacionais. Os produtos da Vallourec já são usados pela Storengy, Gasunie, Uniper e EWE em vários projetos de hidrogênio na Europa.

Armazenamento vertical: uma solução inovadora para revolucionar o armazenamento de hidrogênio

Para abordar esses desafios, a Vallourec está trazendo uma solução inovadora para o mercado, em que o hidrogênio é armazenado em unidades verticais. Ela oferece um perfil de segurança superior e ocupação mínima de superfície, viabilizando licenciamento e integração em projetos industriais mais rápidos.
Essa solução subterrânea depende de tubos à prova de hidrogênio e utiliza materiais testados e desenvolvidos pela Vallourec, que são instalados em um fosso escavado. Esse fosso é um projeto convencional de construção civil, similar a obras de fundação e instalações de fossos de ventilação.

As principais vantagens dessa solução para os clientes da Vallourec são:

Alto perfil de segurança graças aos componentes de confiança (materiais e conexões), arquitetura de subsolo vertical (minimizando riscos) e um rígido programa de qualificação.
Licenciamento mais fácil, apoiado por uma ocupação superficial mínima e desempenho de segurança, o que permite a mitigação de riscos, distâncias de recuo e potenciais efeitos dominó em outras instalações
Efetividade custo-benefício graças ao tamanho otimizado dos reservatórios de armazenamento e aos serviços de suporte completos da Vallourec
Modularidade e flexibilidade: o tamanho da unidade pode ser determinado pelo usuário final, garantindo a disponibilidade de hidrogênio na escala necessária
Baixa pegada de CO2, beneficiando-se das credenciais best-in-class da Vallourec

Contando com a expertise e a experiência do Grupo no desenvolvimento de soluções seguras e confiáveis para hidrogênio, a Vallourec atualmente tem quatro patentes pendentes de unidades de armazenamento vertical de hidrogênio. A tecnologia já atingiu uma maturidade sólida porque trabalha com componentes existentes. Mesmo assim, a Vallourec está passando por um programa abrangente de qualificação tecnológica, com o apoio da DNV, especialista independente, para fornecer evidências sólidas da segurança e da confiabilidade do sistema. Como parte desse programa, uma Prova de Conceito está em construção nas dependências da Vallourec no norte da França, para apoiar o plano de teste e desenvolver experiência com a solução.
Embora estejamos buscando o desenvolvimento em regiões geográficas com alto valor agregado, como Europa e Estados Unidos, nossa ambição para o armazenamento de hidrogênio é mundial. Nosso objetivo é desenvolver e vender soluções completas para o armazenamento de hidrogênio, incluindo uma oferta de serviço de longo prazo.

Expertise histórica para um novo mercado

A Vallourec tem um longo histórico de excelência no desenvolvimento de tubos de aço sem costura para uma ampla variedade de aplicações industriais no setor de óleo e gás. Por décadas, a Vallourec tem fornecido soluções para poços e cavernas subterrâneas, desenvolvendo um conhecimento profundo de questões de segurança e de como trabalhar em ambientes hostis. O Grupo possui ampla experiência em Ciências dos Materiais, incluindo metalurgia, corrosão e acessórios mecânicos, trazendo excelência e histórico comprovado para cada projeto.

Com a aceleração da transição energética, a Vallourec está se comprometendo com soluções mais sustentáveis, incluindo hidrogênio, captura e armazenamento de carbono e energia geotérmica. Para fortalecer esse compromisso, foi criada a Vallourec® New Energies, um novo setor da empresa dedicado a projetos de energia renovável.

O Grupo deu seus primeiros passos no setor de hidrogênio em 2019 e desde então está na vanguarda do desenvolvimento de hidrogênio. A Vallourec vê o mercado de hidrogênio como um motivador dinâmico do avanço tecnológico e de parcerias industriais renovadas.

Na Vallourec, pretendemos continuar a desenvolver tecnologias para o armazenamento de hidrogênio, ajudando a fomentar a sua cadeia de produção. Aplicando nossas técnicas inovadoras de Pesquisa e Desenvolvimento, temos sido capazes de desenvolver soluções seguras, confiáveis e compactas. Estamos criando oportunidades de armazenamento de hidrogênio do início ao fim, superando desafios que afetam cada projeto.

Vincent Designolle

Diretor de Hidrogênio na Vallourec^® New Energies

Inovando hoje para o futuro do hidrogênio

O hidrogênio será uma parte crucial da matriz energética do futuro, com vários países desenvolvendo projetos de hidrogênio cinza, azul e verde. De acordo com a IEA, os projetos de hidrogênio de baixa emissão anunciados mundialmente devem atender a 55% do que é necessário para um cenário de emissões líquidas zero em 2030.

Esse é um bom começo, mas para acessar os benefícios completos da produção de hidrogênio, será preciso construir soluções inovadoras de armazenamento. As unidades de armazenamento vertical terão um papel importante no desenvolvimento de estruturas de grande e de pequena escala, oferecendo uma solução versátil para produtores de hidrogênio e usuários finais. Como líder de mercado em soluções tubulares que são instrumentais para a infraestrutura de transporte e armazenamento de hidrogênio, a Vallourec está apoiando clientes com sua tecnologia confiável e de ponta, possibilitando o armazenamento de hidrogênio em larga escala!