O Japão se esforça para tornar o hidrogênio verde um pilar de seu combine de energia

Dentro de alguns anos, os caminhões no Japão podem estar funcionando com hidrogênio feito de energia renovável.

O Ministério da Economia, Comércio e Indústria do país anunciou em dezembro que subsidiará os esforços da Honda e da Toyota Motor para aumentar sua capacidade de produção para células de combustível que convertem hidrogênio em eletricidade para alimentar caminhões. O ministério fornecerá mais de US $ 90 milhões à Honda e mais de US $ 70 milhões para a Toyota.

Como muitos países, Japão aspira a se tornar neutro de carbono Até 2050. Atualmente, depende de combustíveis fósseis importados para a maioria de suas necessidades de energia; Para reduzir a pegada de carbono do Japão, o governo pretende adicionar combustíveis mais limpos à mistura. Depois de alguns tropeços, os programas parecem estar avançando-embora o uso em larga escala de H₂ Como um combustível ainda está muito longe.

Hidrogênio produzido por água eletrolisada Com formas renováveis ​​de energia, é uma parte importante do plano do governo. Os funcionários esperam combustíveis limpos como hidrogênio e amônia Para representar 1% do consumo de energia do Japão até 2030 e 10% até 2050. Mais de um quarto do fundo de inovação verde de US $ 20 bilhões do ministério é alocado para tecnologias relacionadas a hidrogênio.

Várias empresas estão com entusiasmo endossando a visão do governo. Por exemplo, Asahi Kasei está desenvolvendo um negócio em eletrolisadores e outros equipamentos para H₂ produção. “Nosso objetivo é alcançar vendas de 100 bilhões de ienes (US $ 660 milhões) até 2030, com base em um modelo de negócios de serviços de vendas e manutenção de sistemas”, diz Masami Takeka, diretor executivo da Asahi e gerente geral do Inexperienced Options Enterprise da empresa.

Sua terra limitada não utilizou que o Japão não pode estabelecer fazendas solares gigantescas como as encontradas na Austrália, China, Índia e EUA. Em vez disso, o país deseja combinar a tecnologia doméstica para hidrogênio derivado de energia renovável com uma cadeia de suprimentos internacional para o próprio gás. O governo estabeleceu uma meta para as empresas japonesas se envolverem na operação de 15 GW de eletrólise de água H à base H₂ Produção, internamente ou no exterior, até 2050.

“O hidrogênio importado é mais barato que o hidrogênio produzido internamente usando energia renovável e é essencial para promover a disseminação de hidrogênio em larga escala”, diz Akihiro IIYama, um especialista em hidrogênio e células de combustível da Universidade de Yamanashi. O Japão fica vários outros países no desenvolvimento de suprimentos desse hidrogênio verde, acrescenta ele.

“Importar hidrogênio verde barato do exterior será uma necessidade contínua, assim como o gás pure e o petróleo bruto agora em uso”, diz Iiyama. “Nesse sentido, é importante que as empresas domésticas façam incursões no mercado de eletrólise de água no exterior, a fim de garantir uma vantagem externa”.

Os executivos da Asahi dizem que a força competitiva da empresa está em seus 50 anos de experiência em sistemas de eletrólise de salmoura para a produção de clor-alcali, para os quais desenvolveu tecnologias como membranas que separam os ânodos e cátodos em eletrolisadores.

“Somos o único fabricante do mundo que pode fornecer sistemas de eletrólise e membranas”, diz Takeka. “Podemos fornecer módulos ideais combinando sistemas e componentes de design de células e eletrólise”.

Nas instalações da Asahi em Namie, a empresa está nos estágios finais de teste de um sistema de eletrólise de módulo único de 10 MW. Os testes se concentram na durabilidade e resposta a flutuações no fornecimento de energia renovável. As negociações estão em andamento com vários clientes em potencial interessados ​​em adquirir a tecnologia dentro de um ano, diz Takeka.

Em um segundo projeto japonês, Asahi iniciou um experimento em Kawasaki na primavera passada para combinar quatro módulos de 0,8 MW com o objetivo de otimizar operações quando vários módulos são combinados. “Ao combinar dados de Namie e Kawasaki, poderemos projetar um sistema splendid para a classe de 100 MW que estamos buscando”, diz Takeka. Um eletrolisador de 100 MW pode gerar eletricidade suficiente para alimentar 1.500 casas por um mês.

Na Malásia, a Asahi está considerando um tipo diferente de projeto de demonstração que usaria hidrogênio verde na produção de amônia e outras aplicações. A empresa está agora na fase básica de design para uma instalação em escala de 60 megawatts que deve ser iniciada em 2027. O projeto é parcialmente financiado pelo Inexperienced Innovation Fund.

Um jogador de hidrogênio emergente no Japão, a Yamanashi Hydrogen Firm (YHC), foi formada em 2022 para desenvolver negócios relacionados à produção de hidrogênio por eletrólise da água.

O YHC foi estabelecido pelo Yamanashi Prefectural Enterprise Bureau, que possui 50% da empresa, e a Tokyo Electrical Energy e a Chemical Firm Toray Industries, cada uma das quais possui 25%. O Bureau é uma organização municipal única que desfruta de independência sobre suas decisões financeiras e de investimento. Ele obtém fluxo de caixa constante de seus negócios de generação hidrelétrica de 60 anos de idade.

O Bureau, que possui cerca de 80 engenheiros elétricos em sua equipe, iniciou a P&D em um sistema na cidade de Kofu que armazenará eletricidade criada por painéis solares. O projeto, apoiado pelo Inexperienced Innovation Fund, também testará uma instalação de eletrólise aquática que incorpora a membrana eletrolítica de polímero do YHC.

O hidrogênio eletrolítico produzido localmente está sendo introduzido em fábricas de pneus na prefeitura de Fukushima e nos materiais de construção fábricas na prefeitura de Saitama. O conceito de fábricas movidas a hidrogênio também está crescendo em escala. Um sistema de 16 MW será entregue à planta de Suntory em Hakushu; A empresa de bebidas pretende colocá-la em funcionamento até o ultimate do ano.

O verde h₂ O movimento no Japão está crescendo, mas não parecia tão promissor apenas alguns anos atrás. Um projeto encomendado em 2016 pela nova Organização de Desenvolvimento de Energia e Tecnologia Industrial do país ofereceu fábricas e outras instalações no hidrogênio verde da prefeitura de Yamanashi como uma alternativa de combustível fóssil. Embora as empresas não tenham incorrido em novos custos para experimentar o sistema, apenas dois haviam assinado a partir de 2021.

“Agora recebemos perguntas de muitas empresas, e o número de locais aumentou para 15, apesar do fato de os usuários agora pagarem um custo inicial”, diz Kazuya Miyazaki, chefe de seção do Yamanashi Bureau e executivo da YHC.

Miyazaki diz que o YHC lançou um projeto de eletrólise aquática em Tóquio com o governo da cidade e planeja expandir para os mercados estrangeiros. Os estudos de viabilidade começaram na Índia e na Indonésia para a introdução de sistemas semelhantes, diz ele.

Apesar da falta de recursos solares locais, as empresas japonesas precisam avançar com hidrogênio de baixo carbono, diz Iiyama na Universidade de Yamanashi. À medida que os regulamentos ambientais apertam e as expectativas sociais aumentam, as empresas “podem não ser capazes de sobreviver se não tiverem a opção de hidrogênio para descarbonizar suas fábricas”, diz ele.

“O hidrogênio é especialmente necessário em áreas tecnicamente difíceis de eletrificar, como caldeiras”, diz Iiyama. ““Fuels sintéticos feitos de hidrogênio e dióxido de carbono Espera-se que se expanda como uma fonte de energia para setores onde os combustíveis líquidos são essenciais, como aeronaves e veículos de trabalho pesado. É imperativo que trabalhemos em direção a uma época em que o hidrogênio seja usado não apenas como combustível, mas também como matéria -prima em grandes quantidades. ”

Outro jogador importante na emergente economia de hidrogênio do Japão é a Iwatani, que está trabalhando em projetos para fornecer ao país o hidrogênio produzido no exterior. Iwatani tem uma história de quase 60 anos na tecnologia de hidrogênio liquefeito e atualmente opera três locais de hidrogênio líquido no Japão. Em 2006, construiu na cidade de Sakai, o que ainda é uma das maiores plantas de hidrogênio liquefeito do mundo.

Em 2016, Iwatani, Kawasaki Heavy Industries e duas outras empresas lançaram a Hystra, uma associação de pesquisa para promover uma cadeia de suprimentos de hidrogênio sem dióxido de carbono. Hystra estabeleceu um projeto de demonstração na Austrália para converter o carvão marrom native em H₂ Enquanto captura e armazena o subproduto Co₂. O projeto foi concluído em 2022.

Mais tarde, o Inexperienced Innovation Fund apoiou um projeto Iwatani muito maior para demonstrar a comercialização de um h liquefeito₂ cadeia de mantimentos. A Kawasaki e a empresa de petróleo Eneos também são parceiros no projeto, que ganhou uma concessão para cobrir três quartos de seu preço de US $ 2 bilhões até 2030. Uma meta importante será reduzir o custo de fornecer hidrogênio em dois terços.

Os parceiros operarão um navio equipado com quatro tanques de hidrogênio com uma capacidade de 40.000 L cada, embora apenas um tanque seja usado inicialmente. Quando todos os quatro estiverem em operação em 2031, eles serão capazes de transportar um quantity de produção igual às três plantas de hidrogênio de Iwatani no Japão. A Iwatani também está participando de um projeto de hidrogênio verde na Austrália com a empresa de energia Stanwell e outras empresas.

O hidrogênio proveniente da Austrália provavelmente forneceria apenas áreas costeiras do Japão. “É difícil transportar hidrogênio de origem estrangeira para as áreas interiores a um baixo custo”, diz Iiyama. “A melhor maneira de espalhar hidrogênio para as áreas interiores é usar a eletrólise de água no native e o transporte de curta distância por oleoduto”.

O custo permanecerá um desafio para a ampla adoção de hidrogênio verde no Japão. Custa 10 vezes mais que o gás pure hoje, embora o governo japonês pretenda reduzir isso para apenas 1,5 vezes. “O custo diminuirá no futuro devido à crescente demanda por hidrogênio, à construção de linhas de produção pelos fabricantes de equipamentos de eletrólise de água e desregulamentação”, diz Miyazaki do YHC.

Outra maneira como o governo do Japão ajudará a tornar o hidrogênio mais acessível é com um programa que subsidiará os compradores pelos próximos 15 anos. As empresas que compram um mínimo de 3.000 toneladas de hidrogênio por ano não pagarão mais por ele do que por gás pure. O programa já está aceitando aplicativos e será implementado em 2030.

IIYama está entusiasmado com o programa de preços. “O sistema de remuneração diferencial de preços servirá como um ignitador para a propagação de hidrogênio”, diz ele. “Será um sistema que leva as empresas a usar hidrogênio”.

Katsumori Matsuoka é um escritor freelancer com sede no Japão.