1 Resumo
O Acordo de Paris, assinado por várias nações em 2015, estabeleceu metas para reduzir as emissões de poluentes e limitar o aumento da temperatura global a menos de 2 ºC acima dos níveis pré-industriais, incentivando a transição para fontes de energia limpa e renovável e a implementação de políticas de mitigação das emissões [1]. Entretanto, a intermitência das energias renováveis, que refere-se à sua variação na produção de energia devido a condições climáticas flutuantes, é o maior problema atual [2]. O Brasil, é líder mundial na produção de energia renovável, com grande parte de sua eletricidade gerada a partir de fontes como hidrelétricas, energia eólica e solar fotovoltaica. A energia solar fotovoltaica e eólica tem crescido rapidamente devido à redução dos custos dos painéis solares, políticas de incentivo governamental e condições climáticas favoráveis em várias regiões do país (principalmente no Nordeste) [3]. Recentemente, à medida que os preços da energia eólica e solar atingiram um ponto crítico, isso reacendeu o interesse em tecnologias de energia limpa para produzir hidrogênio verde. Apesar de algumas desvantagens, como sua inflamabilidade, o hidrogênio possui uma densidade energética elevada, variando entre 120 e 142 MJ por kg (três vezes maior que o petróleo bruto) e capacidade de produção descentralizada, por meio do processo de eletrólise da água, que separa o hidrogênio e o oxigênio [4]. Portanto, é viável criar um sistema autônomo de produção de hidrogênio, sem causar danos significativos ao meio ambiente.
1.1 Qual é o problema abordado no trabalho e por que ele é interessante?
Alguns pesquisadores estão focados na investigação de sistemas de produção de hidrogênio verde no cenário brasileiro [2] [5] [6]. Contudo, apesar do Brasil ter um destaque global na produção de energia renovável, a nível de conhecimento do autor não há estudos que avaliam o potencial de geração de hidrogênio em grande escala por meio da eletrólise alcalina da água, utilizando sistemas híbridos de energia solar fotovoltaica e energia eólica. Dentro do contexto da crescente importância dos sistemas de produção de hidrogênio como um vetor energético, este estudo focaliza na análise energética, exergética e econômica de um sistema híbrido para a produção e armazenamento de hidrogênio, na matriz energética brasileira.
1.2 Qual é a principal contribuição do trabalho, os resultados fundamentais obtidos e sua novidade em relação a outros trabalhos recentes existentes?
Torna-se crucial conduzir estudos abrangentes para avaliar a perspectiva e a viabilidade econômica da produção descentralizada de hidrogênio verde no Brasil, mais especificadamente na Bahia, utilizando sistemas solares fotovoltaicos e eólicos de forma complementar. Os resultados mostram boa concordância da relação entre consumo e geração do eletrolisador, comparativamente aos estudos da literatura.
1.3 Descreva brevemente o método utilizado.
O sistema é composto por um eletrolisador alcalino alimentado por duas usinas: solar fotovoltaica e eólica. Além do mais, contém um compressor e tanques de armazenamento. No desenvolvimento do modelo computacional, utilizando o software Engineering Equation Solver (EES®), a simulação é realizada de hora em hora, durante um ano e considerando um tempo de vida útil do projeto de 25 anos. No processo de eletrólise a quantidade de hidrogênio e oxigênio produzida foram calculadas, mas apenas a quantidade de hidrogênio foi considerada no estudo econômico. Para o eletrolisador, a temperatura da água de entrada é de 80 °C e permanece constante durante a simulação. Ainda, o hidrogênio e oxigênio são considerados gases ideais, a água como um fluido incompressível e as fases gasosas e líquida separadas. Utilizando as condições climatológicas de algumas cidades da Bahia, obtidos pela Prediction Of Worldwide Energy Resources (POWER), os resultados obtidos mostram que são necessários em torno de 50 kWh e cerca de 9 litros de água pura para produzir 1 kg de hidrogênio através do processo de eletrólise alcalina da água. O eletrolisador apresenta uma eficiência energética e exergética de 55% e 60%, respectivamente. A análise econômica revela que, na situação atual, a venda de hidrogênio é mais vantajosa devido à limitada capacidade de recursos renováveis em alguns países, em função de sua geografia. Além do mais, foi possível obter a relação de maior capacidade de produção hibrida entre as cidades baianas.
Referências
1. IRENA, International Renewable Energy Agency. Geopolitics of the energy transformation: the hydrogen factorInternational Renewable Energy Agency. Abu Dhabi: 2022.
2. MACEDO, Sabrina; PEYERL, Drielli. Prospects and economic feasibility analysis of wind and solar photovoltaic hybrid systems for hydrogen production and storage: A case study of the Brazilian electric power sector. International Journal of Hydrogen Energy, v. 47, n. 19, p. 10460–10473, 2022.
3. EPE, Empresa de Pesquisa Energética. Mudanças climáticas e Transição energética. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/clima-e-energia.
4. HASSAN, Q. et al. Green hydrogen: A pathway to a sustainable energy future. International Journal of Hydrogen Energy, v. 50, p. 310–333, 2024.
5. GABRIEL, Renato de Oliveira; JUNIOR, Edson de Souza Laya; BRAGA, Sergio Leal.; PRADELLE, Florian Alain Yannick. Technical, economic and environmental analysis of a hybrid CHP system with a 5 kW PEMFC, photovoltaic panels and batteries in the Brazilian scenario. Energy Conversion and Management, v. 269, p. 116042, 2022.
6. NADALETI, Willian Cezar.; DE SOUZA, Eduarda Gomes; DE SOUZA, Samuel Nelson Melegari. The potential of hydrogen production from high and low-temperature electrolysis methods using solar and nuclear energy sources: the transition to a hydrogen economy in Brazil. International Journal of Hydrogen Energy, 2022.
