Como o hidrogênio pode ajudar a armazenar eletricidade em grande escala

Considerando o esgotamento dos recursos fósseis e o aquecimento global, o uso de recursos de energia renovável, como turbinas eólicas, fotovoltaica, biomassa, energia hidrelétrica e energia geotérmica parece ser a alternativa mais promissora aos combustíveis fósseis no futuro. Curto e médio prazo, fornecendo produtos mais limpos e eletricidade mais eficiente.

Na França, 13,6% da energia produzida provém das fontes renováveis ​​de energia mencionadas acima, das quais a hidroeléctrica representa a maior parte, ou seja, cerca de 9,8%. Comparando, no mundo todo, 11,4% da energia provém de fontes renováveis, mas a produção de energia continua dominada por recursos fósseis, em torno de 84%. É por isso que é vital “descarbonizar” nosso atual sistema de produção de energia por meio da integração de fontes de energia de baixo carbono.

Disponibilidade de fontes de energia renováveis

A principal desvantagem das fontes renováveis ​​de energia do tipo eólica e fotovoltaica é a sua dependência das condições meteorológicas, o que leva a uma descontinuidade na produção de energia. Essa descontinuidade na produção compromete sua integração na rede elétrica para poder atender as necessidades de energia em tempo real.

Nesse contexto, para fazer frente aos fenômenos intermitentes dessas fontes de energia, o armazenamento de energia desempenha um papel fundamental. Com efeito, permite armazenar a energia excedente em períodos de baixa procura energética e recuperá-la em caso de elevada procura energética, de forma a compensar a falta de produção destas fontes renováveis ​​de energia.

Infelizmente, deve-se notar que a eletricidade é difícil de armazenar em grandes quantidades em sua própria forma (na forma de eletricidade): ela deve ser convertida em outra forma (energia química ou mecânica, por exemplo) para permitir seu armazenamento.

Quais tecnologias para armazenar eletricidade?

Atualmente, existem diferentes sistemas para o armazenamento de eletricidade: armazenamento "por gravidade" da massa de água, onde a água é bombeada para cima da barragem quando a eletricidade está em excesso e é recuperada, a energia assim armazenada por turbinas giratórias; Armazenamento “termodinâmico” com sistemas de armazenamento de ar comprimido, onde o ar é comprimido quando há eletricidade excedente e a energia armazenada é recuperada girando as turbinas; armazenamento de energia cinética com "volantes", que giram com pouca ou nenhuma perda de energia durante o armazenamento; e armazenamento “eletroquímico” com baterias, das quais existem vários tipos (sódio-enxofre, íon-lítio, íon sódio, grafeno), ou com eletrolisadores, onde a eletricidade é armazenada na forma de hidrogênio.

Com base nesses exemplos, armazenamento de gravidade et termodinâmica são sistemas de armazenamento maduros e amplamente implantados, com capacidade para armazenar grandes quantidades de energia, acima de 1000 megawatts-hora.

Em comparação, o armazenamento de energia cinética com volantes e o armazenamento eletroquímico por meio de baterias (íon-lítio, enxofre de sódio) destinam-se em particular à eletrônica portátil, transporte, mas também para fontes de energia renováveis, como fotovoltaicos. Instalações massivas de baterias para armazenar eletricidade produzida por fazendas eólicas ou solares já foram implantadas e representam capacidades de armazenamento de megawatt.

Outras tecnologias de bateria, como baterias de íon sódio et grafeno ainda estão em fase de desenvolvimento e abordarão algumas questões atuais - incluindo otimização do tempo de carregamento e capacidade de armazenamento, bem como o uso de materiais alternativos para evitar materiais tóxicos como chumbo e materiais perigosos e prejudiciais ao meio ambiente como o lítio.

Armazenamento de eletricidade na forma de hidrogênio: na fase de implantação

O armazenamento de produtos químicos na forma de hidrogênio se apresenta como uma solução atraente e promissora para armazenamento de energia em larga escala, por um lado, e para veículos elétricos, por outro. Na verdade, em comparação com as tecnologias atuais de armazenamento elétrico, como baterias, o hidrogênio tem uma densidade de energia específica muito alta: cerca de 120 megajoules por quilograma.

Gasolina ou diesel são outros métodos de armazenamento de energia “química” que têm alta densidade de energia em massa, mas sua combustão libera gases de efeito estufa, enquanto a combustão de hidrogênio libera apenas dióxido de carbono. No entanto, o hidrogênio é um gás leve, caracterizado por uma densidade de energia de baixo volume (cerca de 10,8 megajoules por metro cúbico), o que o torna menos favorável para seu armazenamento e transporte. Para superar esse problema, o hidrogênio pode ser comprimido na forma gasosa pressurizada (cerca de 700 bar), na forma líquida (a uma temperatura de - 253 ° C) ou na forma sólida a baixa pressão (graças ao uso de materiais capazes de adsorver o hidrogênio) como os hidretos metálicos.

O hidrogênio pode ser produzido por meio da eletrólise da água, que envolve o uso de eletricidade (idealmente produzida por fontes de energia renováveis) para separar a água pura (H2O) para hidrogênio (H2) e oxigênio (O2).

Visão geral das aplicações baseadas na eletrólise da água movida por fontes de energia renováveis.
Damien Guilbert, Autor fornecida

Atualmente, o armazenamento de eletricidade na forma de hidrogênio está em meio a uma fase de demonstração e experimentação com muitos inúmeras plataformas experimentais na Alemanha, Canadá, Dinamarca, França, Noruega, Tailândia e Nova Zelândia. Diferentes aplicações estão previstas.

Entre eles, o armazenamento de eletricidade em hidrogênio possibilita contribuir para a descarbonização certos setores responsáveis ​​pelo aquecimento global, como transporte aéreo, marítimo e terrestre.

Veículos elétricos pessoais (Kangoo ZE Hydrogen, Toyota Mirai, Hyundai Nexo e Honda Clarity) e trens (Coradia iLint da Alstom rodando na Alemanha) movidos a hidrogênio já foram implantados. Nesse tipo de veículo, há tanques de hidrogênio a bordo para alimentar uma célula a combustível, possibilitando a transformação do hidrogênio em eletricidade. Para otimizar a vida útil da célula de combustível e estender a autonomia do veículo, baterias elétricas também estão presentes (frequentemente de íon-lítio). Pesquisas estão em andamento para alimentar também o navios e teve em hidrogênio.

Ler também:
Como funcionam os carros a hidrogênio?

Outra aplicação do armazenamento de hidrogênio é o conceito de “Conversão de eletricidade em gás” consiste em converter o excedente de eletricidade renovável em hidrogênio e, em seguida, o hidrogênio em gás natural “verde”. O processo de metanação é usado para isso. O gás natural pode então ser injetado em dutos e instalações subterrâneas de gás natural existentes e ser usado conforme necessário. No entanto, o uso de dióxido de carbono no processo de metanação apresenta problemas em termos de descarbonatação: continua a ser crucial para capturar e aumentar as emissões de dióxido de carbono da indústria para tornar este processo mais amigo do ambiente.

Além disso, mas estamos deixando o armazenamento de eletricidade para entrar no mundo da produção industrial, o hidrogênio pode ser usado em vários processos industriais, como química (síntese de amônia, produção de metanol), metalurgia (metalurgia, aços carbono) e eletrônica ( fabricação de semicondutores).

Damien Guilbert, Conferencista sênior em Engenharia Elétrica, Université de Lorraine

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons.

Leia oartigo original.

© Info Chrétienne - Reprodução parcial autorizada seguida de um link "Leia mais" para esta página.

APOIE A INFORMAÇÃO CRISTÃ

Info Chrétienne por ser um serviço de imprensa online reconhecido pelo Ministério da Cultura, a sua doação é dedutível no imposto de renda em até 66%.