Moldando o Net Zero
Bem-vindo(a) ao Centro de Turbinas de Hidrogênio de Zero Emissões
Por Garry Barker y Barbara Simpson
O que é preciso para alcançar o net zero? Para descobrir, o Energy Stories viaja para Finspång, na Suécia, onde um novo centro de pesquisa mostra como podemos combinar hidrogênio, energia solar, turbinas a gás e armazenamento de energia renovável para construir sistemas de energia flexíveis e com zero carbono.
Por Niels Anner
Experimente ficar em uma das pedras aqui na borda dessa floresta e você terá uma visão panorâmica: painéis solares brilhando ao sol, um eletrolisador, um compressor e tanques azuis para armazenamento de hidrogênio ao lado da instalação de testes de turbinas a gás. Chamado de Zero Emissions Hydrogen Turbine Center – ou ZEHTC para abreviar – trata-se de um vislumbre do futuro da energia.
O centro, uma extensão das instalações de teste de turbinas a gás da Siemens Energy em Finspång, usa energia solar e excedente dos testes para produzir hidrogênio. Esse hidrogênio é então utilizado para alimentar os testes de turbinas a gás, criando um sistema de energia de circuito fechado que, quando dimensionado para parques industriais ou comunidades, liberaria zero emissões de carbono na atmosfera.
O ZEHTC é um modelo de fornecimento de energia descarbonizada do futuro, diz Markus Jöcker, gerente de projeto do centro e gerente de inovação de tecnologia na Siemens Energy. “Com essa usina de demonstração, mostramos como turbinas de hidrogênio e gás podem ser combinadas com energias renováveis para alcançar um sistema energético sustentável.”
“Mostramos como turbinas de hidrogênio e gás podem ser combinadas com energias renováveis para alcançar um sistema energético sustentável.”Markus Jöcker, Gerente de Projeto, ZEHTC
Uma ponte para a transição energética
Por mais de 100 anos, a pequena cidade industrial de Finspång, no sudeste da Suécia, com seus bosques, pedregulhos, lagos e castelos do século XVII, tem estado na vanguarda do desenvolvimento e fabricação de turbinas.
Mais recentemente, por exemplo, a empresa investiu em sua própria instalação de impressão 3D para reparos, fabricação em série e desenvolvimento de peças de geração de energia, incluindo o desenvolvimento de novos queimadores que permitem que suas turbinas a gás possam operar com hidrogênio.
As turbinas a gás, com seus tempos de aceleração curtos e aplicações flexíveis, desempenham um papel crucial na transição energética, diz Jöcker. As tecnologias solar e eólica vão cobrir uma grande parte da geração de energia. Mas, por causa de sua volatilidade, sistemas de energia alternativos, como turbinas a gás, ainda são necessários para equilibrar a rede.
Embora o ZEHTC mostre o papel das turbinas a gás em nossos futuros sistemas de energia, o centro também dá um passo além, usando uma micro rede para gerenciar e otimizar o armazenamento do excesso de eletricidade de seus painéis solares e testes de turbinas em baterias e hidrogênio. “Tais micro redes se tornarão cada vez mais importantes onde diferentes sistemas de energia precisam trabalhar juntos”, diz Jöcker.
Agora, aqui é onde as coisas realmente ficam interessantes. Com o armazenamento de energia renovável disponível e um sistema baseado em hidrogênio, graças aos novos queimadores que os pesquisadores vêm desenvolvendo, as turbinas a gás que estabilizam a rede podem funcionar com combustíveis sem carbono.
Operando com hidrogênio produzido localmente
Logo atrás do ZEHTC, na grande oficina de montagem azul e branca, as turbinas são continuamente testadas antes de serem entregues aos clientes. Hoje mesmo, um teste de troca de combustível entre gás e líquido está sendo realizado. Durante dez horas de testes, a funcionalidade total de uma turbina SGT-750 é verificada com milhares de pontos de medição.
Durante os testes, uma grande quantidade de eletricidade é alimentada na rede nacional. Mas até recentemente, o excesso de energia não podia ser utilizado.
Essa foi uma mudança importante, quando o ZEHTC entrou em pleno funcionamento no final de 2021, diz Jöcker. A usina pode aproveitar parte do excesso de energia para produzir seu próprio hidrogênio no eletrolisador e criar um sistema de energia em loop.
É assim que funciona: Usando eletricidade dos painéis solares e excesso de energia dos testes de turbina a gás para executar o eletrolisador, a água é separada em oxigênio e hidrogênio. O hidrogênio é então comprimido, armazenado em tanques de armazenamento e acoplado ao centro de testes de turbinas a gás.
Posteriormente, as turbinas a gás funcionam com esse combustível de emissão zero produzido localmente misturado ao combustível convencional. Com base nas dimensões do sistema, operaremos a turbina com até 15% de hidrogênio. Um sistema de energia em escala real poderia, no entanto, operar com maior teor de hidrogênio, tanto quanto é permitido na turbina a gás específica e dependendo da quantidade disponível de hidrogênio.
100 por cento de hidrogênio no horizonte
Todo o processo é monitorado a partir de uma sala de controle, mostrando os dados dos diferentes componentes em uma tela grande. “Estamos medindo o resultado da produção de hidrogênio e seu consumo de eletricidade”, diz Jöcker, “e juntando tudo isso em diferentes modelos para extrapolar como poderia ser em sistemas de energia maiores”.
A usina fornece uma solução que o mercado está pedindo cada vez mais, diz Åsa Lyckström, estrategista de sustentabilidade da Siemens Energy AB. “Vemos que nossos clientes querem descarbonizar sua produção e queremos garantir que podemos liderá-los etapa por etapa nessa transição energética”.
A pesquisa pioneira em combustão de hidrogênio feita na última década em Finspång, estabeleceu as bases para o ZEHTC. Hoje, a empresa está a caminho de atingir sua meta de operar turbinas a gás com 100% de hidrogênio, o mais tardar até 2030. Os testes já comprovaram a capacidade de aumentar gradualmente a combustão livre de carbono em até 75%, o que também inclui a atualização das turbinas a gás existentes. E as turbinas SGT-600 com capacidade de 60% de hidrogênio já foram entregues a um cliente.
Honestamente, metas de sustentabilidade não podem ser definitivas.
À medida que as alcançamos, estamos constantemente definimos outras mais ambiciosas. Ao energizar a sociedade, criamos valor duradouro para as gerações futuras. Saiba mais sobre nossas áreas e metas em nosso novo Relatório de Sustentabilidade 2021.
“Vemos que nossos clientes querem descarbonizar sua produção e queremos garantir que podemos liderá-los etapa por etapa nesta transição energética.”Åsa Lyckström, Estrategista de Sustentabilidade, Siemens Energy AB.
Novos modelos de negócios para clientes
O projeto ZEHTC, parcialmente financiado pela UE, conta com diversos parceiros, incluindo governos locais e regionais suecos e universidades na Suécia e Itália que farão a modelagem do projeto e pesquisarão aspectos técnicos e otimização do centro.
Um dos projetos de pesquisa está preocupado com a questão de como o modelo pode ser ampliado, explica Åsa Lyckström: “Queremos aprender mais sobre o que é preciso, para que este tipo de solução sustentável possa suprir uma comunidade inteira, uma área industrial ou uma cidade.”
E também existem ideias para uma extensão do projeto. Lyckström aponta para um espaço livre ao lado dos recipientes de hidrogênio: “Estamos definitivamente interessados em trabalhar com outros combustíveis verdes, como amônia e metanol, que em alguns casos podem ser mais fáceis de transportar do que o hidrogênio e podem representar um melhor caso de negócios para alguns de nossos clientes.”
“Nossos clientes estão definitivamente procurando alternativas”, diz Markus Jöcker. Ter uma infraestrutura de energia com turbinas a gás, explica ele, é apenas um pequeno passo para transformá-la em uma usina livre de fósseis usando hidrogênio ou outros combustíveis verdes. “Como fornecedor de turbinas a gás, queremos manter todas essas portas abertas”.
30 de junho de 2021
Niels Anner é um jornalista independente, morando em Copenhague, que escreve sobre negócios, ciência, tecnologia e sociedade no norte da Europa.
Créditos das imagens combinadas: Lasse Burel