O potencial do hidrogênio como combustível limpo, pode ser limitado por uma reação química na baixa atmosfera, de acordo com pesquisas da Universidade de Princeton (EUA) e da National Oceanic and Atmospheric Association (EUA).
Isso ocorre porque o gás hidrogênio reage facilmente na atmosfera com a mesma molécula responsável principalmente pela quebra do metano, um potente gás de efeito estufa. Se as emissões de hidrogênio excederem um determinado limite, essa reação compartilhada provavelmente levará ao acúmulo de metano na atmosfera, com consequências climáticas de décadas.
Um aumento nas emissões de hidrogênio significa que mais hidroxila (OH) seria usada para quebrar o hidrogênio, deixando menos OH disponível para quebrar o metano (CH4). Ilustração de Bumper DeJesus
“O hidrogênio é teoricamente o combustível do futuro”, disse Matteo Bertagni, pesquisador de pós-doutorado do High Meadows Environmental Institute, que trabalha na Carbon Mitigation Initiative. “Na prática, porém, apresenta muitas preocupações ambientais e tecnológicas que ainda precisam ser abordadas.”
Bertagni é o primeiro autor de um artigo de pesquisa publicado na Nature Communications, no qual os pesquisadores modelaram o efeito das emissões de hidrogênio no metano atmosférico. Eles descobriram que, acima de um certo limite, mesmo ao substituir o uso de combustível fóssil, uma economia de hidrogênio com vazamento pode causar danos ambientais de curto prazo, aumentando a quantidade de metano na atmosfera. O risco de danos é agravado pelos métodos de produção de hidrogênio usando metano como insumo, destacando a necessidade crítica de gerenciar e minimizar as emissões da produção de hidrogênio.
“Temos muito a aprender sobre as consequências do uso do hidrogênio, então a mudança para o hidrogênio, um combustível aparentemente limpo, não cria novos desafios ambientais,” disse Amilcare Porporato, Professor de Engenharia Civil e Ambiental do Instituto Ambiental High Meadows. Porporato é o líder do grupo de pesquisa e membro da equipe de liderança da Carbon Mitigation Initiative e também professor associado do Andlinger Center for Energy and the Environment.
Amilcare Porporato. Foto de David Kelly Crow
O problema se resume a uma molécula pequena e difícil de medir, conhecida como radical hidroxila (OH). Frequentemente apelidado de “o detergente da troposfera”, o OH desempenha um papel crítico na eliminação de gases de efeito estufa, como metano e ozônio, da atmosfera.
O radical hidroxila também reage com o gás hidrogênio na atmosfera. E como uma quantidade limitada de OH é gerada a cada dia, qualquer pico nas emissões de hidrogênio significa que mais OH seria usado para quebrar o hidrogênio, deixando menos OH disponível para quebrar o metano. Como consequência, o metano permaneceria mais tempo na atmosfera, ampliando seus impactos de aquecimento.
Segundo Bertagni, os efeitos de um pico de hidrogênio que pode ocorrer à medida que os incentivos governamentais para a produção de hidrogênio se expandem, pode ter consequências climáticas de décadas para o planeta.
“Se você emitir um pouco de hidrogênio na atmosfera agora, isso levará a um acúmulo progressivo de metano nos anos seguintes”, disse Bertagni. “Embora o hidrogênio tenha apenas uma vida útil de dois anos na atmosfera, você ainda terá o feedback de metano desse hidrogênio daqui a 30 anos.”
No estudo, os pesquisadores identificaram o ponto de inflexão em que as emissões de hidrogênio levariam a um aumento no metano atmosférico e, assim, prejudicariam alguns dos benefícios a curto prazo do hidrogênio como combustível limpo. Ao identificar esse limite, os pesquisadores estabeleceram metas para o gerenciamento das emissões de hidrogênio.
“É fundamental que sejamos proativos no estabelecimento de limites para as emissões de hidrogênio, para que possam ser usados para informar o projeto e a implementação da futura infraestrutura de hidrogênio”, disse Porporato.
Para o hidrogênio conhecido como hidrogênio verde, que é produzido pela divisão da água em hidrogênio e oxigênio usando eletricidade de fontes renováveis, Bertagni disse que o limite crítico para as emissões de hidrogênio fica em torno de 9%. Isso significa que, se mais de 9% do hidrogênio verde produzido vazar para a atmosfera, seja no ponto de produção, em algum momento durante o transporte ou em qualquer outro lugar ao longo da cadeia de valor, o metano atmosférico aumentaria nas próximas décadas, cancelando alguns dos benefícios climáticos de se afastar dos combustíveis fósseis.
E para o hidrogênio azul, que se refere ao hidrogênio produzido por meio da reforma do metano com posterior captura e armazenamento de carbono, o limite para as emissões é ainda menor. Como o próprio metano é o principal insumo para o processo de reforma do metano, os produtores de hidrogênio azul devem considerar o vazamento direto de metano além do vazamento de hidrogênio. Por exemplo, os pesquisadores descobriram que, mesmo com uma taxa de vazamento de metano tão baixa quanto 0,5%, os vazamentos de hidrogênio teriam que ser mantidos em torno de 4,5% para evitar o aumento das concentrações atmosféricas de metano.
“Gerenciar as taxas de vazamento de hidrogênio e metano será fundamental”, disse Bertagni. “Se você tiver apenas uma pequena quantidade de vazamento de metano e um pouco de vazamento de hidrogênio, então o hidrogênio azul que você produz realmente pode não ser muito melhor do que o uso de combustíveis fósseis, pelo menos nos próximos 20 a 30 anos.”
Os pesquisadores enfatizaram a importância da escala de tempo, no qual o efeito do hidrogênio no metano atmosférico é considerado. Bertagni afirmou que a longo prazo (ao longo de um século, por exemplo), a mudança para uma economia de hidrogênio provavelmente ainda traria benefícios líquidos para o clima, mesmo que os níveis de vazamento de metano e hidrogênio sejam altos o suficiente para causar aquecimento a curto prazo. Eventualmente, disse ele, as concentrações de gás atmosférico atingiriam um novo equilíbrio, e a mudança para uma economia de hidrogênio demonstraria seus benefícios climáticos. Mas antes que isso aconteça, as possíveis consequências a curto prazo das emissões de hidrogênio podem levar a danos ambientais e socioeconômicos irreparáveis.
Assim, se as instituições esperam cumprir as metas climáticas de meados do século, Bertagni alertou que o vazamento de hidrogênio e metano para a atmosfera deve ser controlado à medida que a infraestrutura de hidrogênio comece a ser implementada. E como o hidrogênio é uma molécula pequena notoriamente difícil de controlar e medir, o gerenciamento de emissões provavelmente exigirá que os pesquisadores desenvolvam melhores métodos para rastrear as perdas de hidrogênio em toda a cadeia de valor.
“Se empresas e governos levam a sério o investimento para desenvolver o hidrogênio como um recurso, precisam garantir que estão fazendo isso de maneira correta e eficiente”, disse Bertagni. “Em última análise, a economia do hidrogênio deve ser construída de forma que não contrarie os esforços de outros setores para mitigar as emissões de carbono”.
O artigo “Risk of the hydrogen economy for atmospheric methane”, foi publicado em 13 de dezembro de 2022, na Nature Communications. Além de Bertagni e Porporato, os coautores incluem Stephen Pacala, da Universidade de Princeton, e Fabien Paulot, cientista do Geophysical Fluid Dynamics Laboratory of the National Oceanic. A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, BP por meio da Carbon Mitigation Initiative e pela Moore Foundation.
Autor: Colton Poore, Andlinger Center for Energy and the Environment
Fonte: Princeton University
Adaptado por Digital Water
