As metas climáticas agressivas Net Zero estão motivando investimentos e foco em fontes renováveis de energia, incluindo o hidrogênio, que não prejudica o meio ambiente. O interesse por hidrogênio não é novo; o que é novo é o papel fundamental que ele pode desempenhar no cumprimento do plano global de descarbonização. Na realidade, na última década, a demanda por hidrogênio aumentou 28%, com mais setores percebendo seu potencial como fonte de energia alternativa em relação aos combustíveis fósseis, particularmente em setores difíceis de descarbonizar, bem como uma ampla gama de aplicações em toda a cadeia de valor.
Há diversas maneiras de criar hidrogênio, algumas das quais geram subprodutos de carbono e outras que não têm emissões, mas todas têm complexidades próprias. Idealmente, o foco seria a produção de “hidrogênio verde”, que é derivado de fontes puramente renováveis e sem emissões. No entanto, a ampliação e a comercialização do hidrogênio verde têm um longo caminho a percorrer para construir a infraestrutura, torná-la confiável e segura, entregá-la a um custo competitivo e dar aos clientes a confiança de que ele estará disponível quando e onde for necessário.
Enquanto isso, produzir vários tipos de hidrogênio, incluindo azul e cinza, pode ajudar a atender à demanda atual, incentivar maior adoção e oferecer conhecimentos importantes para ajudar a reduzir os custos. Como todos os setores novos, é preciso um progresso mensurável em toda a cadeia de valor para avançar mais rapidamente.
À medida que a demanda por hidrogênio cresce, o setor precisará acelerar e ampliar a produção e a distribuição. Quer estejam usando eletrolisadores ou reforma do metano a vapor com captura de carbono, as empresas dependerão de tecnologias avançadas de automação combinadas com processos aprimorados e análise de dados poderosa. As tecnologias certas podem ajudar a melhorar a produtividade, reduzir a variabilidade, diminuir o consumo energético, reduzir as emissões e validar a sustentabilidade das operações.
O projeto global de automação baseado em dispositivos inteligentes, IoT, sistemas de controle distribuído, análise de dados, gêmeos digitais e ferramentas de engenharia avançadas permitem que as plantas criem uma instalação e, com facilidade, ampliem, acelerem a curva de aprendizagem, melhorem a eficiência operacional, beneficiem-se da manutenção preventiva e otimizem os custos do ciclo de vida útil dos ativos.
A Emerson está trabalhando em um projeto piloto, chamado PosHYdon, que será fundamental para fornecer conhecimentos sobre a eficiência do eletrolisador e o desenvolvimento de sistemas de produção de hidrogênio verde em grande escala.
A PosHYdon produz hidrogênio na costa dos Países Baixos, gerando combustíveis renováveis pela utilização da eletricidade verde das turbinas eólicas para alimentar o processo de produção. O método converte água do mar em água desmineralizada e, em seguida, produz hidrogênio com segurança por eletrólise. O hidrogênio é então misturado com gás natural, transportado para a costa e lançado na rede de gás nacional.
O projeto está usando a tecnologia de sistema de controle distribuído DeltaV da Emerson para controlar as unidades de dessalinização e eletrolisadores, a mistura de gás e o equilíbrio dos equipamentos da planta, ao mesmo tempo que proporciona melhor segurança, tempo de atividade do processo e eficiência operacional.
Os projetos sustentáveis de hidrogênio são desafiadores porque precisam integrar muitas fontes de dados em um sistema de equilíbrio de planta, um processo essencial para o sucesso de uma instalação. A Emerson está colaborando com a Toyota Australia para transformar parte das operações da montadora de carros em uma planta de produção, armazenamento e reabastecimento de hidrogênio de nível comercial. O projeto utiliza o sistema de controle DeltaV da Emerson para recolher e contextualizar dados do complexo equipamento da planta, facilitando o monitoramento da produção e armazenamento do gás de hidrogênio e a validação da sustentabilidade das operações.
“Ao incorporar uma base de automação digital para eliminar os silos de dados, a Toyota Australia não só reduz muito os custos, como também ganha maior visibilidade do desempenho do sistema, tornando fácil manter e registrar o desempenho da sustentabilidade e aumentar a produtividade”, afirma Mark Bulanda, presidente executivo do negócio Automation Solutions da Emerson.
Outro projeto empolgante é o Advanced Clean Energy Storage Project da Mitsubishi Power Americas, que deverá ser um dos maiores hubs industriais de produção e armazenamento de hidrogênio verde do mundo. A instalação fornecerá matéria-prima de hidrogênio ao projeto adjacente de renovação da Intermountain Power Plant (IPP) da Intermountain Power Agency e usará a próxima geração de simulação total da planta, que inclui a tecnologia de gêmeos digitais da Emerson, modelos de turbina a gás e turbina a vapor de alta fidelidade da Mitsubishi e análises avançadas para auxiliar no comissionamento e no treinamento. A usina de energia de turbina a gás com ciclo combinado do projeto de renovação da IPP, com 840 megawatts, funcionará inicialmente com uma mistura de 30% de hidrogênio verde e 70% de gás natural por volume a partir de 2025, aumentando para 100% até 2045.
Antes que o hidrogênio possa ser usado para energia, ele deve ser convertido, armazenado ou transportado. O foco é minimizar os vazamentos de hidrogênio, saber quanto hidrogênio passa pelos pontos de transmissão e de transferência e manuseá-lo com segurança e eficiência. O armazenamento de hidrogênio é uma tecnologia-chave que permite o avanço do uso do hidrogênio, incluindo energia estacionária, energia portátil e transporte. As moléculas de hidrogênio podem ser transportadas e armazenadas de várias formas: H2 líquido, via transportador de hidrogênio orgânico líquido (LOHC) ou como moléculas de amônia. As características do armazenamento de hidrogênio complementam muito outras tecnologias de armazenamento de energia de curto prazo, como baterias de íons de lítio.
Existem riscos de segurança administráveis de sobrepressão e vazamentos causados por condições de alta vibração e alta pressão. As válvulas anti-surge, os detectores de vibração e os reguladores de pressão da Emerson ajudam a melhorar a confiabilidade e evitar emissões fugitivas.
Algo essencial para acelerar a implementação da tecnologia é utilizar infraestrutura existente, economizando tempo e dinheiro para a execução do projeto. Misturar hidrogênio em tubulações de gás natural é um ótimo exemplo. O hidrogênio originário de gás natural combinado com a captura de carbono oferece uma enorme oportunidade para acelerar a implementação do hidrogênio em todo o mundo.
A mistura de hidrogênio na infraestrutura de gás natural, no entanto, traz três desafios: corrosão, vazamentos de hidrogênio e qualidade e intercambialidade do gás. A tecnologia de monitoramento de corrosão da Emerson é adaptada para atender às necessidades específicas de tubulações de mistura de hidrogênio. O monitoramento remoto de tubulações fornece uma visão detalhada das operações, rastreando os produtos, a composição de fluidos e muito mais, para melhorar a integridade da tubulação. Os cromatógrafos gasosos aprovados para hidrogênio garantem a qualidade do gás e as especificações contratuais.
Com a ajuda da tecnologia da Emerson, a fornecedora de energia canadense Enbridge é a primeira na América do Norte a usar eletricidade renovável para produzir hidrogênio livre de emissões. A Enbridge mistura hidrogênio na infraestrutura de gás natural para fornecer energia mais limpa para 3.500 casas.
Os postos de abastecimento de hidrogênio acabarão substituindo os postos de abastecimento de combustível tradicionais, exigindo sistemas que atendam aos mais altos padrões de desempenho e segurança. As tecnologias de automação ajudam a reduzir os custos de manutenção e interrupções não planejadas nos postos de abastecimento. Além disso, as tecnologias avançadas de controle Edge permitirão postos não tripulados, gerando uma solução mais viável e econômica.
Ao mesmo tempo, os operadores querem garantias de que os postos distribuam a quantidade certa de combustível na pressão certa, de forma rápida e segura. A instrumentação avançada para distribuir volumes de combustível precisos ajudará a reduzir custos, reduzir vazamentos e garantir operações seguras.
Células de combustível que convertem combustível de hidrogênio em energia limpa para abastecer veículos também precisam ser confiáveis, pequenas e leves. Otimizar sistemas de células de combustível é crucial para eliminar o tempo de inatividade e reduzir custos.
A Emerson está trabalhando com a BayoTech, que está construindo centenas de unidades de hidrogênio modulares e eficientes para produzir hidrogênio mais limpo e de menor custo. Essas unidades podem produzir até 1.000 kg de hidrogênio por dia, o suficiente para abastecer até 200 veículos de célula combustível de hidrogênio. Para impulsionar a escala globalmente, os centros de produção locais da BayoTech contarão com o controlador lógico programável e tecnologias de controle Edge da Emerson, monitoramento remoto e o Azure IoT Suite da Microsoft para operar de forma segura e autônoma.
Além disso, os medidores de vazão Coriolis da Micro Motion da Emerson, projetados para altas pressões operacionais, são usados pela estação de reabastecimento PitPoint da TotalEnergies, nos Países Baixos, para medir com segurança e precisão a vazão de gás hidrogênio. Parceira de mobilidade de gás da Total Energies, a Emerson é um dos poucos fornecedores de medidores de vazão para uso em distribuidores certificados para hidrogênio.
O hidrogênio é o futuro de um mix energético diversificado e ambientalmente sustentável, mas precisamos de uma abordagem equilibrada e acelerada em toda a cadeia de valor para tornar essa meta ambiciosa realidade. À medida que inovamos e dimensionamos as soluções de hidrogênio em toda a cadeia de valor, ajudaremos a reduzir custos, aumentar a demanda e a confiança dos consumidores e validar as tecnologias necessárias para produzir, transportar, armazenar e consumir hidrogênio. Mas chegar primeiros implica construir uma base sólida que combine tecnologias de automação, engenharia colaborativa e parceiros com experiência em domínios, além de usar a infraestrutura existente para ajudar a acelerar o desenvolvimento do hidrogênio como uma fonte de energia abrangente e confiável: o verdadeiro combustível do futuro.
