Modelando emissões net- zero: Bem-vindos ao Centro de Turbinas a Hidrogênio com Emissão Zero

Suba em uma rocha aqui na beirada da floresta e você terá uma visão ininterrupta dele: painéis solares brilhando ao sol, um eletrolisador, um compressor e tanques azuis para armazenamento de hidrogênio próximo à instalação de teste de turbinas a gás. Chamado de Centro de Turbinas a Hidrogênio com Emissão Zero – e também conhecido pela sigla ZEHTC –, ele dá uma ideia do futuro da energia.

Como uma extensão da instalação de teste de turbinas a gás da Siemens Energy em Finspång, o centro usa energia solar e o excesso de energia 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 ampliado para complexos industriais ou comunidades, emitirá zero carbono na atmosfera.

O ZEHTC é um modelo do fornecimento futuro de energia descarbonizada, disse Markus Jöcker, gerente de projetos do centro e gerente de inovação tecnológica da Siemens Energy. “Com esta planta de demonstração, mostramos como turbinas de hidrogênio e gás podem ser combinados com energias renováveis para obter um sistema de energia sustentável”.

Por mais de cem anos, a pequena cidade industrial de Finspång, no sudeste da Suécia, com seus bosques, rochas, lagos e um castelo do século XVII, tem estado na vanguarda do desenvolvimento e fabricação de turbinas.

Recentemente, a empresa investiu em sua própria unidade 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 operem com hidrogênio.

Com seus curtos tempos de ramp-up e aplicações flexíveis, as turbinas a gás desempenham um papel crucial na transição energética, disse Jöcker. As tecnologias solar e eólica serão responsáveis por grande parte da geração de energia. Mas, devido à sua volatilidade, sistemas alternativos de energia, como turbinas a gás, ainda são necessários para equilibrar a rede.

Enquanto o ZEHTC demonstra o papel das turbinas a gás em nossos futuros sistemas de energia, ele também vai um passo além, usando uma microrrede para gerir e otimizar o armazenamento do excesso de eletricidade de seus painéis solares e testes de turbinas em baterias e hidrogênio. “Essas microrredes se tornarão cada vez mais importantes nos locais onde diferentes sistemas de energia precisam trabalhar juntos”, diz Jöcker.

E é aqui que as coisas realmente ficam interessantes. Com a disponibilidade do armazenamento de energia renovável e um sistema baseado em hidrogênio instalado, graças aos novos queimadores que os pesquisadores estão desenvolvendo, as turbinas a gás que estabilizam a rede podem funcionar com combustíveis livres de carbono.

Logo atrás de onde está o ZEHTC, na grande oficina de montagem azul e branca, as turbinas são testadas exaustivamente antes de serem entregues aos clientes. Hoje, um teste de troca de combustível entre gás e líquido está sendo realizado. Durante dez horas de testes, toda a funcionalidade de uma turbina SGT-750 está sendo 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.

Esta foi uma mudança importante, quando o ZEHTC ficou totalmente operacional no final de 2021, diz Jöcker. A planta agora pode aproveitar parte do excesso de energia para produzir seu próprio hidrogênio no eletrolisador e criar um sistema de energia em loop.

Funciona assim: usando a eletricidade dos painéis solares e o excesso de energia dos testes da turbina a gás para operar o eletrolisador, a água é separada em oxigênio e hidrogênio. O hidrogênio é então comprimido, colocado em tanques de armazenamento e acoplado ao centro de testes de turbinas a gás.

Depois, as turbinas a gás rodam com esse combustível de zero emissão produzido localmente, misturado com o combustível convencional. Dependendo das dimensões do sistema, operaremos a turbina com até 15% de hidrogênio. Um sistema de energia em grande escala poderia, no entanto, operar com um teor de hidrogênio mais alto, conforme o que é permitido na turbina a gás específica e dependendo da quantidade disponível de hidrogênio. 

O processo todo é monitorado a partir de uma sala de controle, mostrando dados dos diferentes componentes em uma tela grande. “Estamos medindo o resultado da produção de hidrogênio e seu consumo de eletricidade e reunindo tudo isso em diferentes modelos para extrapolar como seria em sistemas de energia maiores”, diz Jöcker.

A planta oferece 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 nós queremos ter certeza de que podemos conduzi-los passo a passo na sua transição energética”.

A pesquisa pioneira em combustão de hidrogênio ao longo da última década em Finspång estabeleceu as bases para o ZEHTC. A empresa está hoje bem encaminhada para atingir a meta de operar turbinas a gás com 100% de hidrogênio até no máximo 2030. 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 turbinas SGT-600 com capacidade de 60% de hidrogênio já foram entregues a um cliente.

O projeto ZEHTC, financiado parcialmente pela UE, tem vários parceiros, incluindo governos suecos locais e regionais e universidades na Suécia e na Itália que farão a modelagem do projeto e pesquisarão aspectos técnicos e otimização do centro. Um dos projetos de pesquisa foca na questão de como o modelo pode ser ampliado, explica Åsa Lyckström: “Queremos saber mais sobre o que é necessário, para que esse tipo de solução sustentável possa suprir toda uma comunidade, uma área industrial ou uma cidade”.

E já existe a ideia de estender o projeto. Lyckström aponta para um espaço livre ao lado dos contêineres 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 ser um caso de negócios melhor para alguns de nossos clientes.”

“Nossos clientes estão definitivamente buscando alternativas”, diz Markus Jöcker. Ele explica que ter uma infraestrutura de energia com turbinas a gás é apenas um pequeno passo para transformá-la em uma planta livre de combustíveis fósseis usando hidrogênio ou outros combustíveis verdes. “Como fornecedor de turbinas a gás, queremos manter todas essas portas abertas”.