Estudo da produção de hidrogênio eletrolítico a partir de fontes eólica, solar e hidrelétrica

Abstract

Introduces technical, economic and environmentally competitive solutions in the energy market is a great challenge for society. This work examines each of these aspects considering the production of electrolytic hydrogen with energy from wind power, solar and hydropower, in order to ensure an overview of this energy carrier. Initially, an assessment of the technical aspects is made addressing existing electrolysers technologies, its main characteristics and differences. The geographical distribution of wind, solar and hydroelectric potential in Brazil is also mapped, and a configuration scheme of a hydrogen production system is discussed. Subsequently, the economic analysis calculates the cost of investment in the alkaline electrolyser of 60 Nm³ / h, similar to the Brazilian bus powered by hydrogen project, coordinated by EMTU. Since the main input of electrolysis is electricity, is analyzed the latest energy auctions of each primary source and it is calculated the cost of production of the wind, solar and hydropower hydrogen. Postponed to this, are investigated the intrinsic environmental impacts of electricity generation process, proposing a readjustment of an indicator of ecological efficiency for the production of hydrogen. Finally, the work discusses the concept of externalities and demonstrates how the incorporation of external costs can leverage the hydrogen economy. In short, it is evident that the wind and hydroelectric hydrogens are more promising compared to solar hydrogen, whether in the economic aspect, because it achieved lower costs, whether in the environmental aspect, because it reached the highest ecological efficiency

Inserir soluções técnica, econômica e ecologicamente competitivas no mercado de energia é um grande desafio para a sociedade. Este trabalho analisa cada um desses aspectos considerando a produção de hidrogênio eletrolítico com energia proveniente da geração eólica, solar e hidrelétrica, a fim de garantir uma visão global desse vetor energético. Inicialmente realiza-se uma avaliação dos aspectos técnicos abordando as tecnologias de eletrolisadores existentes, suas principais características e diferenças. A distribuição geográfica dos potenciais eólico, solar e hidrelétrico no Brasil também é mapeada, e um esquema da configuração de um sistema de produção de hidrogênio é comentado. Posteriormente, procede-se a análise econômica calculando-se o custo de investimento no eletrolisador alcalino de 60 Nm³/h, semelhante ao do projeto ônibus brasileiro movido a hidrogênio coordenado pela EMTU. Uma vez que o principal insumo da eletrólise é a eletricidade, analisam-se os leilões de energia mais recentes de cada fonte primária e calculam-se os custos de produção do hidrogênio eólico, solar e hidrelétrico. Posposto a isso, são investigados os impactos ambientais intrínsecos ao processo de geração de energia elétrica, propondo-se uma readequação de um indicador de eficiência ecológica para a produção de hidrogênio. Finalmente, o trabalho aborda o conceito de externalidades e exemplifica como a incorporação de custos externos pode alavancar a economia do hidrogênio. Em suma, ficou evidente que os hidrogênios eólico e hidrelétrico apresentaram-se mais promissores ante ao solar, seja no aspecto econômico, pois alcançaram custos menores, seja no aspecto ambiental, pois atingiram maiores eficiências ecológicas