Comparação Termoeconômica da Compressão a Priori e a Posteriori para a produção de Hidrogênio a Altas Pressões

Abstract

A crescente participação de fontes de energia renováveis na matriz energética mundial catalisou a busca por metodologias eficientes para lidar com a intermitência associada a esses recursos. A geração de hidrogênio por meio da eletrólise da água surge como uma solução potencialmente vantajosa, que no entanto requer o armazenamento de H2 em pressões elevadas. Esta investigação realiza uma avaliação termoeconômica comparando duas metodologias de produção de hidrogênio: eletrólise de alta pressão (compatível com as pressões de armazenamento, 400-700 bar) e eletrólise à pressão ambiente, seguida por compressão mecânica, em ambos os casos considerando a rota de Membrana de Troca de Protons (PEM) para realizar eletrólise. Por meio da aplicação de modelagem termodinâmica e termoeconômica, a pesquisa analisa o consumo de energia e as implicações financeiras inerentes a cada técnica. Os resultados revelam que a eletrólise de alta pressão demonstra eficiência superior em relação ao consumo de energia, atingindo uma diminuição de aproximadamente 8,64% em relação ao método que envolve compressão a posteriori. A eletrólise de alta pressão também apresenta benefícios econômicos de longo prazo devido à diminuição das despesas operacionais. Esses resultados implicam que a eletrólise de alta pressão pode constituir uma abordagem viável para instalações de produção de hidrogênio alimentadas por fontes de energia renováveis, particularmente em pequenas centrais, utilizadas em geração descentralizada e distribuída. Ressalta-se, no entanto, que ainda existem diversos desafios técnicos, econômicos e de segurança operacional, para a eletrólise via PEM a altas pressões, que precisa ser melhor investigado buscando a viabilidade técnica e econômica da eletrólise de alta pressão.