Publicado em 09 de dezembro de 2021 por Mecânica de Comunicação

Viabilidade ambiental e econômica do sistema híbrido solar-eólico-biogás para produção de hidrogênio

O uso de fontes renováveis para geração de eletricidade permite o desenvolvimento de uma das rotas mais eficazes para produção de hidrogênio a partir do processo de eletrólise da água, corroborando para a ascensão de uma economia baseada nesse importante vetor energético.

O sistema pode ser projetado de tal forma que a energia gerada pela energia eólica e energia solar forneça eletricidade e qualquer excesso de energia disponível seja usado primeiro para carregar a bateria e depois fornecido ao eletrolisador para gerar hidrogênio que é comprimido e armazenado no reservatório e tanques de reserva, respectivamente. Onde, durante os períodos em que a energia gerada por fontes renováveis não é suficiente para fornecer eletricidade, o hidrogênio pode ser usado para alimentar a célula de combustível para gerá-la.

Para a dissertação de mestrado Sistema híbrido solar-eólico-biogás incluindo produção, armazenamento e uso dinâmico de hidrogênio, Carlos Henrique Silva Moura, propôs um sistema híbrido (solar-eólico-biogás) para geração de energia elétrica a fim de produzir hidrogênio a partir de eletrólise da água, sendo ele armazenado em seu estado gasoso e posteriormente redirecionado a uma estação de abastecimento para ser utilizado como combustível veicular em veículos.

O sistema comprovou sua viabilidade sobre o ponto de vista técnico, econômico e ambiental, corroborando para uma participação cada vez menor de combustíveis de origem fóssil nos mais diversos setores da sociedade. Da análise energética conclui-se que o sistema pode gerar em média 78.110 kWh/mês de eletricidade, com uma potência instalada de 1.101,905 kW, e produzir 13.458,30 Nm³/mês de hidrogênio, pela utilização do processo de eletrólise da água. Esse processo apresenta eficiência de geração de hidrogênio de 15,21%.

Da análise econômica, tanto o custo de produção de eletricidade quanto o custo de produção de hidrogênio diminuem com o aumento do período de amortização de capital investido (payback) e aumentam, conforme se incrementam as taxas anuais de juros.

O custo de produção de eletricidade no sistema híbrido, para um período de amortização de 10 anos, e uma taxa anual de juros de 4%, se situa entre 0,171-1,053 US$/kWh, para uma taxa anual de juros de 8%, esse intervalo se situa entre 0,196-1,092 US$/kWh e para uma taxa anual de 12 %, entre 0,223-1,130 US$/kWh. O período de amortização do capital investido no sistema híbrido considerando somente a produção de eletricidade se situa entre 5 e 7 anos, a depender a taxa anual de juros praticada.

Ao considerar a produção de hidrogênio, a faixa de custo de sua produção, para um período de amortização de 10 anos, e uma taxa anual de juros de 4%, se situa entre 0,110-0,898 US$/kWh, para uma taxa anual de 8%, esse intervalo se situa entre 0,133-0,930 US$/kWh e para uma taxa anual de 12%, entre 0,159-0,963 US$/kWh. O período de amortização do capital investido no sistema híbrido considerando a produção de hidrogênio varia entre 2 e 3 anos, a depender também da taxa de juros anual praticada.

Da análise ecológica, as fontes renováveis permitem o desenvolvimento sustentável para a adequada inserção desse vetor energético no setor de transporte. A eficiência ecológica considerando o sistema híbrido é de 85,31%. Ao avaliar isoladamente cada um dos sistemas geradores, conclui-se ainda que o sistema eólico é o que apresenta maior eficiência ecológica, 91,60%, o sistema de motor de combustão interna a biogás, de 84,34% e, por fim, o sistema solar fotovoltaico, de 79,85%.

A dissertação foi defendida no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, sob orientação do professor José Luz Silveira e coorientação do professor Wendell de Queiróz Lamas.