Hidrogênio renovável e de baixo carbono. Nem sempre são o que parece

No dia 28/11 a Câmara dos Deputados aprovou o PL 2308/23 que institui o marco legal do hidrogênio de baixa emissão de carbono. O PL dispõe sobre a Política Nacional do Hidrogênio de Baixa Emissão de Carbono, que incentiva o desenvolvimento de diferentes rotas de produção de hidrogênio, sem a caracterização por cores (cinza, azul, verde, etc).

Foi feita uma distinção entre hidrogênio de baixa emissão de carbono e o hidrogênio renovável. O hidrogênio de baixa emissão de carbono é aquele obtido por processos de produção que resultem em emissões de gases do efeito estufa (GEE) de até 4 quilogramas de dióxido de carbono equivalente por quilograma de hidrogênio produzido (4 kgCO₂eq/kgH₂), conforme análise do ciclo de vida. Esse valor para as emissões deverá ser adotado até o fim de 2030, devendo ser regressivo a partir desta data. Já o hidrogênio renovável é obtido a partir de fontes renováveis, incluídas a solar, eólica, hidráulica, biomassa, biogás, biometano, gases de aterro, geotérmica, das marés e oceânica. Essa definição engloba, portanto, tanto o hidrogênio verde “clássico”, que é obtido por eletrólise da água usando fontes de energia renováveis, quanto o hidrogênio verde “musgo”, definido pela primeira vez pela EPE¹ em 2021, produzido a partir de biomassas e biocombustíveis.

O limite estabelecido de emissões de CO₂ para o hidrogênio de baixo carbono no PL 2308/23 não encontra um consenso na literatura. O hidrogênio cinza, produzido por reforma de gás natural, emite tipicamente 12 kgCO₂eq/kgH₂.^2,3,4 Quando a reforma do gás natural é acoplada a um processo de captura e armazenamento de CO₂ (CCS - “Carbon Capture and Storage”), as emissões diminuem para valores entre 3,1 e 5,9 kgCO₂eq/kgH₂.² Portanto, dependendo da análise do ciclo de vida, nem sempre o processo de captura de carbono consegue reduzir as emissões para valores inferiores a 4 kgCO₂eq/kgH₂.

Deve-se considerar também que há uma sobreposição entre essas duas definições, pois o hidrogênio renovável pode ter emissões de carbono baixas (ou não). O hidrogênio que é produzido a partir de biomassas leva a produção também de CO₂, mas considerando o consumo de CO₂ pelo processo de fotossíntese durante o crescimento da planta, o processo global pode chegar a ter emissões de CO₂ negativas (consome CO₂ ao invés de produzir), como em alguns casos de reforma de etanol⁵. Porém, dependendo do cenário em que é feita a análise do ciclo de vida, as emissões de CO₂ podem ser bem significativas, chegando a 9,2 kgCO₂eq/kgH₂ na reforma do etanol, próximo do valor obtido na reforma do gás natural, e bem acima das emissões de um processo de gaseificação de biomassa (2,6 kgCO₂eq/kgH₂).³ Valores tão díspares quanto 12,6 kgCO₂eq/kgH₂ para a reforma do glicerol e 3,8 kgCO₂eq/kgH₂ para a reforma do bio-óleo podem ser obtidos.⁶ Portanto, não há na literatura um consenso sobre as emissões de CO₂ geradas em cada um dos processos de produção de hidrogênio a partir de biomassas, pois depende do tipo de biomassa usada como matéria-prima, das condições operacionais do gaseificador ou do reformador, do combustível usado no reator, e das condições do uso da terra (energia e fertilizantes) e rendimento da plantação.

E mesmo o hidrogênio obtido a partir da eletrólise da água usando energia solar ou eólica também pode ter emissões de carbono, se considerar todo o ciclo de vida do produto. Nesse caso, considerando as emissões associadas à própria manufatura dos eletrolisadores e das placas solares ou turbinas eólicas, pode-se chegar a valores de 2,2-4,5 kgCO₂eq/kgH₂ utilizando energia solar e 0,9-1,3 kgCO₂eq/kgH₂ com energia eólica.^2,4

A certificação do hidrogênio de baixa emissão de carbono, também prevista no PL 2308/23, não é, portanto, tarefa fácil. O desenvolvimento do mercado de hidrogênio no país depende do estabelecimento de um sistema de certificação e rastreamento da sua produção, e o PL é o primeiro passo para isso.

¹ EPE – Empresa de Pesquisa Energética. “Bases para a Consolidação da Estratégia Brasileira de Hidrogênio”. 2021.

² B. Parkinson, P. Balcombe, J. F. Speirs, A. D. Hawkes, K. Hellgardta, Levelized cost of CO₂ mitigation from hydrogen production routes, Energy Environ. Sci., 2019, 12, 19-40. doi: 10.1039/c8ee02079e

³ Andi Mehmeti, Athanasios Angelis-Dimakis, George Arampatzis, Stephen J. McPhail, Sergio Ulgiati, Life Cycle Assessment and Water Footprint of Hydrogen Production Methods: From Conventional to Emerging Technologies, Environments 2018, 5, 24. doi:10.3390/environments5020024

⁴ P. Khamhaeng, N. Laosiripojana, S. Assabumrungrat, P. Kim-Lohsoontorn, Techno-economic analysis of hydrogen production from dehydrogenation and steam reforming of ethanol for carbon dioxide conversion to metanol, Int. J. Hydrogen Energy, 2021, 46, 30891-30902. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.04.048

⁵ J. Dufour, D.P. Serrano, J. Moreno, J.L. Gálvez, Life Cycle Assessment of Hydrogen Production Processes: Steam Reforming of Natural Gas, Ethanol and Bioethanol, 18th World Hydrogen Energy Conference (WHEC) 2010.

⁶ Ana Susmozas, Diego Iribarren, Javier Dufour, Assessing the Life-Cycle Performance of Hydrogen Production via Biofuel Reforming in Europe, Resources 2015, 4, 398-411. doi:10.3390/resources4020398

Mariana Mattos é Professora Titular da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), onde coordena o Laboratório de Tecnologia do Hidrogênio (LabTecH). Escreve na Brasil Energia a cada quatro meses.