O hidrogênio tem se mostrado uma promessa significativa como facilitador da transição energética verde, principalmente em setores industriais em que a eletrificação é um desafio. Anu Pulkkinen, Gerente Sênior de Desenvolvimento de Negócios e Estratégia da Vaisala, fala sobre a situação atual da economia do hidrogênio e o papel fundamental da medição precisa para possibilitar a transição verde.

A economia do hidrogênio envolve o uso desse elemento para reduzir as emissões de carbono em setores que são complicados de eletrificar, como transporte, navegação marítima, aviação e indústrias pesadas. Semelhante a outras fontes alternativas aos combustíveis fósseis, o hidrogênio é classificado por cores que indicam os métodos de sua produção.

• O hidrogênio verde é produzido por meio da eletrólise da água, utilizando eletricidade proveniente de fontes renováveis, como a eólica ou a solar.
• O hidrogênio azul é produzido usando o gás natural, que é separado em hidrogênio e CO2. O CO2 gerado é então capturado e armazenado ou reutilizado.
• O hidrogênio cinza, a forma mais comum produzida hoje, é criado de maneira semelhante ao hidrogênio azul, mas com a diferença de que o CO2 resultante é liberado na atmosfera.

Tanto o hidrogênio azul quanto o verde têm papéis importantes na expansão da economia do hidrogênio. 
 

O hidrogênio desempenha um papel crucial na transição energética em nível global

Com a evolução das tecnologias de produção e a constante descoberta de novas aplicações para o hidrogênio, a economia do hidrogênio está fazendo grandes progressos. O hidrogênio já é amplamente usado como matéria-prima ou combustível em processos como refino de petróleo, produção de amônia e metanol e como agente redutor na produção de aço. Em todas essas indústrias, a mudança para o hidrogênio verde e mais limpo representa um potencial significativo de redução de emissões.

O hidrogênio também é utilizado em células de combustível para alimentar motores elétricos de ônibus e caminhões, além de servir como uma solução para armazenamento e geração de energia. Além disso, o hidrogênio e os combustíveis derivados dele têm o potencial de oferecer alternativas de baixo carbono para o transporte marítimo e a aviação, áreas em que a descarbonização representa um grande desafio. Para obter mais informações sobre o futuro das células de combustível, assista à minha apresentação P&D em células de combustível — Tendências futuras, motivadores e aplicações.
 

Por que a medição confiável é importante para a economia do hidrogênio

Na Vaisala, adotamos uma abordagem abrangente para a descarbonização, que inclui a otimização de processos, a utilização e o armazenamento de carbono (CCUS), a eletrificação e a incorporação de novas tecnologias e melhorias. Para impulsionar a economia do hidrogênio e acelerar a transição para fontes de energia renováveis, é crucial medir com precisão parâmetros como umidade, dióxido de carbono e metano.

Nossos instrumentos de medição garantem monitoramento contínuo e em tempo real desses parâmetros, eliminando a necessidade de amostragens manuais. Eles são projetados para fornecer respostas rápidas, são fáceis de instalar e manter, e possuem um intervalo prolongado entre calibrações, além de não terem peças móveis ou consumíveis que necessitem de substituição.

As sondas de medição Vaisala transmitem sinais de corrente contínua (4–20 mA) e comunicação fieldbus (Modbus) diretamente para os sistemas de automação das plantas, sem necessidade de software ou hardware adicional. Todos os instrumentos Vaisala oferecem uma ampla gama de temperaturas e podem ser equipados com proteção robusta contra intempéries, além de certificação Ex para instalação em ambientes desafiadores e com alto risco de explosão. Vamos explorar alguns casos em que a tecnologia da Vaisala está sendo utilizada em aplicações relacionadas ao hidrogênio.
 

Importância da medição precisa de umidade em células de combustível

As células de combustível utilizam hidrogênio em diversas aplicações, e o controle da umidade é crucial para o funcionamento eficiente desses dispositivos, especialmente devido ao processo de troca de prótons. Essas células contêm uma membrana eletrolítica de polímero (PEM), responsável pela condução de prótons entre o ânodo e o cátodo. A umidade dos gases reagentes — hidrogênio no ânodo e ar no cátodo — deve ser cuidadosamente regulada para garantir a integridade da membrana.

Manter a umidade em níveis ideais permite que o PEM tenha alta condutividade de prótons e baixa resistência elétrica. Caso a umidade seja insuficiente, a condutividade diminui drasticamente, o que reduz a eficiência da célula. Por outro lado, uma umidade excessiva pode causar danos à membrana, aumentando a resistência elétrica e diminuindo a tensão.

Desde o início dos anos 1990, a tecnologia da Vaisala tem sido fundamental no desenvolvimento de células de combustível a hidrogênio. Empresas líderes nos setores automotivo e de construção naval utilizam a tecnologia HUMICAP® da Vaisala para aperfeiçoar seus processos de desenvolvimento de células de combustível. O Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia também confia nos sensores de umidade da Vaisala para suas pesquisas relacionadas ao hidrogênio. Os especialistas da VTT estão pesquisando tanto tecnologias de células de combustível de baixa temperatura (PEM) quanto de alta temperatura (óxido sólido), utilizando os instrumentos da Vaisala para monitorar e controlar a umidade dos gases do processo antes e depois da pilha de células de combustível. Além disso, nossos instrumentos são empregados na medição da umidade do ar ambiente durante a purificação e produção de hidrogênio. 

Para saber mais sobre os instrumentos desenvolvidos para condições de alta umidade e participar da nossa série de webinars sobre Células de Combustível e Umidade, acesse vaisala.com/fuelcell.
 

Medição de CO2 e umidade em aplicações de CCUS

O CCUS (Captura, Utilização e Armazenamento de Carbono) é fundamental para o avanço global em direção à neutralidade de carbono. Em setores em que reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) é particularmente desafiador, o CCUS pode ser a solução para alcançar a descarbonização. Esse método também é crucial para indústrias que são altamente dependentes de combustíveis fósseis.

A medição contínua e em tempo real da concentração de CO2 em fluxos de gás de entrada e saída é essencial para monitorar e otimizar o desempenho das plantas de captura de CO2. Além disso, medir com precisão o CO2 e a umidade é vital para o desenvolvimento de novas tecnologias de captura, fornecendo dados críticos sobre a cinética e o desempenho do processo.

As tecnologias da Vaisala são utilizadas na planta CopenHill, em Amager, Dinamarca, para a captura de CO2 de fontes pontuais. A planta transforma 560.000 toneladas de resíduos em eletricidade, calor e cinzas anualmente. Nesse processo de captura de carbono, a Sonda Multigas Vaisala MGP261 é empregada para medir tanto a umidade quanto a concentração de CO2 capturado. O CO2 coletado pode ser combinado com hidrogênio para criar combustíveis e produtos químicos sustentáveis. Saiba mais em vaisala.com/CCUS.
 

Medição de CO2, metano e umidade em aplicações SOEC

A co-eletrólise por eletrólise de óxido sólido (SOEC) é uma tecnologia para a produção de hidrogênio e metano com o uso de CO2, água e eletricidade. Embora ainda esteja em fase de instalação piloto, essa tecnologia tem o potencial de ser crucial para a meta do Japão de alcançar 90% de gás renovável até 2050.

O CO2 utilizado no processo pode ser capturado de diversas fontes, incluindo emissões industriais, diretamente da atmosfera ou da transformação do biogás em biometano. O processo SOEC opera geralmente com energia renovável e não depende de metais preciosos ou elementos de terras raras, o que minimiza seu impacto ambiental.

Para otimizar a eficiência do processo SOEC e reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE), a medição precisa do CO2 é essencial. Além disso, com o aumento das regulamentações ambientais rígidas, a precisão na medição de CO2 se torna ainda mais importante.

A sonda multigás MGP261 da Vaisala, que mede metano, dióxido de carbono e umidade, é utilizada em processos SOEC para monitorar em tempo real tanto as matérias-primas (CO2 e umidade) quanto os produtos (metano). Isso permite aumentar a eficiência e otimizar o processo. Saiba mais sobre o instrumento em vaisala.com/MGP261.
 

As medições industriais são os pilares da transição verde

As energias renováveis e a produção de energia limpa são essenciais para qualquer estratégia de descarbonização industrial e transição para uma economia verde. Para viabilizar essas mudanças, é crucial contar com medições precisas e confiáveis que garantam a eficácia das tecnologias e processos inovadores envolvidos. A tecnologia Vaisala está impulsionando a descarbonização ao fornecer instrumentos de alta confiança que garantem medições precisas e estáveis em tempo real de umidade, dióxido de carbono e metano. Unidos, podemos avançar na economia do hidrogênio e promover mudanças verdadeiramente sustentáveis.