Hidrogênio verde, azul, cinza: entenda o que cada cor significa e as perspectivas de desenvolvimento

O hidrogênio é a grande aposta global para a descarbonização das atividades econômicas e o alcance das metas do Acordo de Paris, de redução das emissões de carbono que garantam o aumento da temperatura abaixo de 2 graus celsius.

Atualmente, o gás natural é a principal fonte utilizada para produção do hidrogênio, respondendo por aproximadamente 75% da produção mundial. 

Mas ao longo dos últimos anos, diversos países vêm desenhando suas políticas e estratégias nacionais para desenvolvimento de uma nova indústria de hidrogênio a partir de fontes renováveis e com captura de carbono. 

É neste contexto que as diferentes rotas de produção foram associadas a diferentes cores e nomenclaturas.  

Polêmica sobre as cores

De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês) a utilização de cores para se referir a diferentes rotas de produção, ou termos como hidrogênio “sustentável”, “de baixo carbono” ou “limpo”, pode atrapalhar o entendimento sobre os níveis de emissões potenciais de cada rota.

A Agência sugere a adoção de critérios baseados na intensidade de emissões no ciclo de vida de produção do hidrogênio.

“A transparência sobre a intensidade das emissões da produção de hidrogênio pode trazer a clareza necessária e facilitar o investimento”, diz a IEA.

A nomenclatura também pode, em políticas públicas, ser uma barreira para o desenvolvimento ou não de alguma rota em potencial, ou privilegiar uma rota em detrimento de outra.

O Programa Nacional do Hidrogênio (PNH2), lançado pelo governo brasileiro, por exemplo, optou por utilizar na sua última atualização o termo “hidrogênio de baixa emissão”, para considerar os hidrogênios produzidos a partir de fontes renováveis, energia nuclear, e fontes fósseis com captura de carbono. 

O programa dos Estados Unidos utiliza a expressão hidrogênio limpo, estabelecendo uma meta de 4,0 kgCO2e/kgH2 para as emissões de gases de efeito estufa do ciclo de vida associadas à produção de hidrogênio.

Já a estratégia da Alemanha para o hidrogênio optou pela nomenclatura de cor, privilegiando incentivos e subsídios ao hidrogênio verde e abrindo espaço, em um primeiro momento, para o uso dos hidrogênios laranja, azul e turquesa. 

O hidrogênio é classificado nas seguintes cores:

• Hidrogênio cinza: obtido a partir de gás natural ou metano
• Hidrogênio azul: reforma de gás natural, com captura de carbono (CCS)
• Hidrogênio turquesa: pirólise do metano
• Hidrogênio laranja: a partir de resíduos
• Hidrogênio branco: é um hidrogênio geológico natural
• Hidrogênio branco: é um hidrogênio geológico natural
• Hidrogênio verde: eletrólise da água, usando eletricidade renovável
• Hidrogênio rosa: eletrólise da água, mas com eletricidade de usinas nucleares
• Hidrogênio musgo: produzido de biomassa e biocombustíveis, com ou sem CCUS, através de reformas catalíticas, gaseificação ou biodigestão anaeróbica;
• Hidrogênio marrom e preto: produzido com a gaseificação do linhito (carvão marrom) feito a partir da gaseificação do carvão preto

Veja como cada um é produzido e as perspectivas de desenvolvimento:

Hidrogênio cinza: obtido a partir de gás natural ou metano

A produção de H2 a partir de gás natural é realizada majoritariamente a partir de reforma a vapor, sendo este também o processo de produção de H2 mais utilizado mundialmente. 

A reforma a vapor é um processo bastante maduro, caracterizando-se como uma das principais rotas tecnológicas de produção de hidrogênio no curto prazo (EPE)

Apesar da grande variabilidade, a rota tecnológica de hidrogênio cinza tem menores custos quando comparada às outras opções, e deve satisfazer a demanda de hidrogênio de curto prazo, até que rotas tecnológicas alternativas de baixo ou zero carbono tornem-se economicamente competitivas. (EPE) 

Hidrogênio azul: reforma de gás natural, com captura de carbono (CCS)

O processo de produção do hidrogênio azul é idêntico ao do hidrogênio cinza: ambos são produzidos a partir do gás natural, majoritariamente pela tecnologia de reforma a vapor e tendo o CO2 como subproduto.

A diferença entre as rotas é que, no caso do hidrogênio azul, adicionam-se as etapas de CCUS ao processo. Essas mesmas tecnologias, isto é, reforma a vapor e CCUS, são também aplicáveis no caso de a origem do metano ser renovável, o que, por sua vez, é uma das rotas de produção do hidrogênio musgo, assim caracterizado por ser proveniente da biomassa.  (EPE)

O hidrogênio azul é uma aposta de petroleiras e do estado do RJ, por exemplo. Mas há pressão de associações de renováveis — e das próprias condições de mercado — para deixar a rota de fora da expansão do mercado de hidrogênio no Brasil.

Hidrogênio turquesa: pirólise do metano

Outra rota de produção cuja matéria-prima principal é o gás natural. Resultado da pirólise, o hidrogênio turquesa tem como subproduto o carbono sólido (negro de fumo), cuja utilização pode permitir agregação de valor e impedir a liberação do carbono como CO2 para a atmosfera

Para que o hidrogênio turquesa seja considerado neutro em CO2 é necessária a captura de carbono no processo. (EPE)

Há outra rota de produção cuja matéria-prima principal é o gás natural: resultado da pirólise, o hidrogênio turquesa tem como subproduto o carbono sólido (negro de fumo), cuja utilização pode permitir agregação de valor e impedir a liberação do carbono como CO2 para a atmosfera.

Hidrogênio laranja: a partir de resíduos

É produzido a partir de bioenergia – como biomassa, biocombustível, biogás ou biometano – que geralmente provém de resíduos e materiais residuais. Os gases de efeito estufa nele contidos são liberados durante a combustão. Assim, a pegada de CO2 do hidrogénio laranja é inferior à dos combustíveis fósseis, mas superior à do hidrogénio verde (Estratégia Alemã para o Hidrogênio).

Também pode ser considerado laranja o hidrogênio liberado de formações rochosas subterrâneas ricas em ferro, após o bombeamento de uma solução de água enriquecida com CO2, com posterior captura de carbono. (Nature Journal)

Hidrogênio branco: é um hidrogênio geológico natural

O hidrogênio branco refere-se ao hidrogênio que ocorre naturalmente. É encontrado na natureza como gás livre em camadas da crosta continental, nas profundezas da crosta oceânica ou em gases vulcânicos, gêiseres e sistemas hidrotermais. Parece estar presente em uma ampla gama de formações rochosas e regiões geológicas. (Artigo, em inglês)

Uma pesquisa liderada pela Engie em conjunto com a Geo4u demonstrou a presença de hidrogênio no solo e poços profundos da Bacia do São Francisco, em Minas Gerais, constatando altas concentrações desse gás em reservatórios profundos.

Além de Minas Gerais, campanhas exploratórias preliminares já foram realizadas nos estados do Ceará, Goiás, Tocantins, Roraima, Minas Gerais e Bahia que apresentaram diferentes potenciais para a pesquisa de hidrogênio natural.

Este ano, fontes de hidrogênio natural também foram identificadas no município de Maricá, no Rio de Janeiro.

Hidrogênio verde (H2V): eletrólise da água usando eletricidade renovável

O hidrogênio verde é definido como o hidrogênio produzido pela divisão da água em hidrogênio e oxigênio usando eletricidade renovável por meio de um processo chamado eletrólise. (Green Hydrogen Organisation)

Pelo mundo, e no Brasil, é a rota preferida pelos desenvolvedores de projetos, por ser a que possui menor emissões de carbono em sua produção. Entretanto, ainda o custo do hidrogênio verde ainda é muito superior ao que utiliza fontes fósseis. 

Nos últimos dois anos, dezenas de projetos para produção de hidrogênio verde no Brasil foram anunciados. Estima-se que juntos eles somem mais de US$ 30 bilhões em investimentos, de acordo com levantamento do Instituto Nacional de Energia Limpa (Inel).

• Hidrogênio verde: conheça 10 projetos promissores em desenvolvimento no Brasil

A maior parte ainda está em estudo de viabilidade, com apenas memorandos de entendimento assinados com portos e governos estaduais. Entretanto, o Brasil já começa a ver alguns empreendimentos saírem do papel, entre pilotos e plantas de escala industrial.

Hidrogênio rosa: resultante da eletrólise da água, mas com eletricidade de usinas nucleares

O hidrogênio rosa é gerado por eletrólise alimentada por energia nuclear. O hidrogênio produzido nuclearmente também pode ser chamado de hidrogênio roxo ou hidrogênio vermelho.

Além disso, as temperaturas muito elevadas dos reatores nucleares poderiam ser utilizadas noutras produções de hidrogénio, produzindo vapor para uma eletrólise mais eficiente ou para a reforma a vapor do metano à base de gás fóssil. (National Grid) 

Hidrogênio musgo: produzido de biomassa e biocombustíveis

Essa mesma base tecnológica permite se chegar a emissões negativas – ou seja, a remoção líquida de carbono da atmosfera – com a produção do hidrogênio. Tal potencial surge da combinação dos processos do hidrogênio azul ou turquesa com o que caracteriza o hidrogênio musgo, isto é, o uso da biomassa como matéria-prima: faz-se a substituição do metano (CH4) de origem fóssil pelo metano renovável do biogás para a produção de hidrogênio com CCUS

 Emissões negativas são essenciais em cenários que preveem maior ambição climática, ou em casos em que parte da matriz energética e outras atividades não possam ser convertidas para sistemas neutros em carbono (devendo ter, portanto, suas emissões compensadas) – o que confere relevância às tecnologias capazes de atingi-las.  (EPE) 

Hidrogênio marrom e preto: produzido com a gaseificação do linhito (carvão marrom) feito a partir da gaseificação do carvão preto

É um processo estabelecido usado em muitas indústrias que converte materiais ricos em carbono e hidrogênio e dióxido de carbono. Como resultado, a gaseificação libera esses subprodutos na atmosfera. (Csiro)