Com o impulso global para as energias renováveis, as soluções eficientes de armazenamento de energia são essenciais para equilibrar a oferta e a procura. Enquanto sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) dominaram o mercado, armazenamento de energia do hidrogénio (HES) está a ganhar atenção como uma solução alternativa. Mas como funciona o armazenamento de hidrogénio e como se compara ao armazenamento de baterias? Vamos mergulhar nos pormenores.
O que é o armazenamento de energia a hidrogénio?
O armazenamento de energia do hidrogénio (HES) é um método de armazenamento de energia através da conversão de eletricidade em hidrogénio por eletrólise. O hidrogénio pode então ser armazenado e posteriormente convertido de novo em eletricidade utilizando células de combustível ou queimado para aplicações industriais. Ao contrário das baterias, que armazenam energia em células electroquímicas, o HES armazena energia sob a forma molecular, o hidrogénio tem a maior energia por unidade de massa de todos os combustíveistornando-o adequado para aplicações a longo prazo e em grande escala.
O desenvolvimento do armazenamento de energia a partir do hidrogénio
O conceito de armazenamento de energia sob a forma de hidrogénio remonta ao início do século XIX, quando a eletrólise foi descoberta pela primeira vez. No entanto, as aplicações práticas ganharam força no final do século XX, quando as células de combustível de hidrogénio foram desenvolvidas para missões espaciais.
- Década de 1960-1970:A NASA utilizou células de combustível de hidrogénio na exploração espacial (missões Apollo).
- 1990s:Foram introduzidos os veículos a pilhas de combustível a hidrogénio.
- Anos 2000 até à atualidade:O hidrogénio está a ser explorado para armazenamento de energia na rede, descarbonização industrial e transportes.
Com os avanços na produção de hidrogénio verde (utilizando energia renovável para a eletrólise), o armazenamento de hidrogénio é agora visto como um elemento-chave na transição para uma futuro neutro em termos de carbono.
Porque é que o hidrogénio pode armazenar energia?
O hidrogénio actua como um portador de energiaou seja, não gera energia, mas pode armazenar e libertar energia de forma eficiente.
- Processo de eletrólise:A eletricidade é utilizada para dividir a água (H₂O) em hidrogénio (H₂) e oxigénio (O₂).
- Armazenamento:O hidrogénio pode ser armazenado em tanques de gás comprimido, tanques de hidrogénio líquido ou armazenamento em estado sólido (hidretos metálicos).
- Libertação de energia:O hidrogénio pode ser queimado em motores de combustão, utilizado em células de combustível ou convertido novamente em eletricidade quando necessário.
Desde o hidrogénio pode ser armazenado indefinidamenteé uma solução promissora para armazenamento de energia a longo prazo e sazonalAo contrário das pilhas, que se degradam com o tempo.
Principais componentes de um sistema de armazenamento de energia a hidrogénio
A Sistema de armazenamento de energia a hidrogénio é constituído pelos seguintes componentes principais:
| Componente | Função |
| Eletrolisador | Divide a água em hidrogénio e oxigénio utilizando eletricidade. |
| Tanques de armazenamento | Armazena hidrogénio em gás comprimido, forma líquida ou materiais no estado sólido. |
| Célula de combustível/sistema de combustão | Converte o hidrogénio armazenado em eletricidade ou calor. |
| Compressor | Pressuriza o hidrogénio para um armazenamento e transporte eficientes. |
| Fonte de energia renovável | (Opcional) Energia solar, eólica ou hídrica utilizada para a produção de hidrogénio verde. |
Dependendo da aplicação, o armazenamento de hidrogénio pode ser utilizado para equilíbrio da rede, fornecimento de energia industrial, transporte e aquecimento.
Vantagens e desvantagens do armazenamento de energia a hidrogénio
Vantagens:
- Capacidade de armazenamento a longo prazo:Ao contrário das pilhas, o hidrogénio não perde energia com o tempo.
- Escalabilidade:Adequado para armazenamento de energia em grande escala, incluindo redes nacionais.
- Potencial de hidrogénio renovável:Pode ser produzido a partir de energia solar e eólica.
- Aplicações multiusos:Pode ser utilizado para a produção de eletricidade, aquecimento e combustível para transportes.
Desvantagens:
- Baixa eficiência:A eficiência de ida e volta (perdas de conversão de energia) é apenas 30-50%em comparação com 80-90% para baterias.
- Desafios em matéria de infra-estruturas:O armazenamento de hidrogénio requer tanques especializados, condutas e células de combustível.
- Custo de produção elevado:A eletrólise e as células de combustível de hidrogénio ainda são caras em comparação com os sistemas de baterias.
- Preocupações de segurança:O hidrogénio é altamente inflamávelA utilização de um produto de qualidade é muito importante, exigindo procedimentos de manuseamento rigorosos.
Armazenamento de energia a hidrogénio vs. armazenamento a pilhas: Qual é o melhor?
| Caraterística | Armazenamento de energia do hidrogénio | Armazenamento de baterias (BESS) |
| Densidade energética | Elevado, mas requer um grande volume de armazenamento. | Mais baixo, mas mais compacto. |
| Eficiência | ~30-50% (baixa eficiência de conversão). | ~80-90% (alta eficiência). |
| Duração do armazenamento | Longo prazo (semanas a meses). | Curto a médio prazo (horas a dias). |
| Infra-estruturas | Requer electrolisadores, tanques de armazenamento e células de combustível. | Necessita apenas de baterias e inversores. |
| Custo | Elevada devido à eletrólise e às células de combustível. | Mais baixos e a melhorar com as economias de escala. |
| Aplicação | Armazenamento sazonal de energia em grande escala, indústria e transportes. | Equilíbrio da rede a curto prazo, utilização doméstica e comercial. |
Para o armazenamento sazonal à escala da rede, o hidrogénio é mais adequado. No entanto, para o armazenamento diário de energia e aplicações em pequena escala, as baterias são atualmente mais eficientes e rentáveis.
Desafios no armazenamento da energia do hidrogénio
Apesar do seu potencial, o armazenamento de hidrogénio enfrenta vários desafios:
- Baixa eficiência- A energia perde-se durante a eletrólise, a compressão e a conversão em células de combustível.
- Custo dos electrolisadores e das células de combustível - Estas tecnologias são ainda dispendiosas e necessitam de mais desenvolvimento.
- Complexidade de armazenamento- O hidrogénio deve ser armazenado a altas pressões (350-700 bar) ou a temperaturas extremamente baixas (-253°C para o hidrogénio líquido).
- Investimento em infra-estruturas- Ao contrário das baterias, o hidrogénio requer condutas dedicadas, estações de abastecimento e medidas de segurança.
- Preocupações com a segurança pública- Devido à inflamabilidade do hidrogénio, o manuseamento e o transporte exigem protocolos de segurança avançados.
Os futuros avanços na eficiência das células de combustível a hidrogénio, a redução dos custos dos electrolisadores e as tecnologias de armazenamento determinarão a competitividade do armazenamento de energia a partir do hidrogénio em comparação com o armazenamento em baterias.
Exemplos de projectos de armazenamento de energia a partir do hidrogénio atualmente em construção
Em 25 de setembro de 2024, teve início a construção da central de pico de armazenamento de energia a hidrogénio Grove Mulei, China 200MW/1600MW.h. Este é atualmente o maior projeto de armazenamento de energia a hidrogénio do mundo. Após a conclusão e entrada em funcionamento do projeto, este pode produzir 40 000 toneladas de hidrogénio, 320 000 toneladas de oxigénio industrial e 51,6 milhões de toneladas de água quente a alta temperatura por ano.
Ler mais: O que é um Megawatt (MW) e a quantas casas pode dar energia?
Conclusão
O hidrogénio pode armazenar energia? Sim, e é uma solução promissora para o armazenamento de energia a longo prazo e em grande escala. No entanto, devido às perdas de eficiência, aos elevados custos das infra-estruturas e às actuais barreiras tecnológicas, o armazenamento em baterias continua a ser a escolha preferida para a maioria das aplicações residenciais e de curto prazo.
Olhando para o futuro, o futuro do armazenamento de energia envolverá provavelmente uma abordagem híbrida, em que o armazenamento de hidrogénio é utilizado para as necessidades energéticas a longo prazo, enquanto as baterias tratam das flutuações a curto prazo. Com inovação e investimento contínuos, o armazenamento de energia a partir do hidrogénio poderá desempenhar um papel vital na concretização de um futuro energético sustentável e renovável.
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