Soluções de Hidrogênio

Sua parceira para geração de hidrogênio sustentável

Um dos desafios mais importantes hoje é a descarbonização da economia global. A chave para enfrentar esse desafio é expandir consistentemente as fontes de energia renovável e integrá-las em infraestruturas industriais, energéticas e de mobilidade desenvolvidas. Nós geramos hidrogênio “verde” a partir de energia renovável usando eletrólise PEM, fazendo assim uma importante contribuição para a transição energética global. A linha de produtos SILYZER ajuda você a integrar fontes de energia flutuantes, como sol e vento, em seu processo. Estamos estabelecendo as normas quando se trata de geração de hidrogênio sustentável para o futuro. Desde o planejamento e comissionamento até a operação, nós o apoiamos como uma parceira confiável com um conceito de serviço comprovado e adaptado às suas necessidades.

Hidrogênio

Hidrogênio – combustível do futuro

Descarbonização / Hidrogênio

A energia renovável está cumprindo um papel cada vez mais importante em todo o mundo. Ela é a espinha dorsal de um setor de energia sustentável e livre de CO2, e, portanto, uma tecnologia-chave para alcançar a descarbonização até o ano de 2100. Sua participação na produção de energia a nível mundial está crescendo diariamente. Mas como fontes de energia flutuantes como o sol e o vento podem ser integradas às redes existentes, processos industriais em curso e mobilidade flexível e individual?

O hidrogênio não é apenas o combustível do futuro – é o combustível do presente!

O hidrogênio é o elemento químico mais comum no universo. Quase todos os nossos combustíveis químicos são baseados em hidrogênio, embora sob a forma de hidrocarbonetos ou outros compostos de hidrogênio. Para limitar as mudanças climáticas causadas pelo aumento global das emissões de CO2, soluções devem ser encontradas para gerar combustíveis neutros em carbono e, portanto, sustentáveis. Isso requer, entre outras coisas, que o hidrogênio seja produzido usando fontes de energia renováveis.

  

Eletrólise para geração de hidrogênio sustentável

Já em 1800, dois ingleses chamados William Nicholson e Anthony Carlisle descobriram a eletrólise, um processo para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. Corrente direta foi usada. Os dois homens fundaram, assim, um novo campo da química, a eletroquímica.

Por muitas décadas, a eletrólise da água foi o método padrão para a produção de hidrogênio e levou o autor francês Júlio Verne, em seu romance de 1874, “A Ilha Misteriosa”, a declarar: "A água será o carvão do futuro". Ao longo dos anos, a reforma do gás e a gaseificação do carvão prevaleceram como uma importante fonte de hidrogênio, graças ao desenvolvimento da infraestrutura de gás natural.

Eletrólise PEM – dinâmica, eficiente, limpa

J.H. Russell e seus colegas reconheceram pela primeira vez o enorme potencial da eletrólise PEM para a indústria energética em 1973.

PEM é uma sigla que significa, em inglês, membrana de troca de prótons (proton exchange membrane). A propriedade especial da PEM é que ela é permeável a prótons, mas não a gases como hidrogênio ou oxigênio. Como resultado, em um processo eletrolítico a membrana assume, entre outras coisas, a função de um separador que impede a mistura dos gases do produto.

Na parte dianteira e traseira da membrana há eletrodos que são conectados aos polos positivo e negativo da fonte de tensão. É ali que as moléculas de água são divididas. Diferentemente da eletrólise alcalina tradicional, a tecnologia PEM, altamente dinâmica, é ideal para recolher energia volátil gerada a partir de energia eólica e solar. A eletrólise PEM também possui as seguintes características:

  • Alta eficiência em alta densidade de potência
  • Alta qualidade de gás do produto, mesmo com carga parcial 
  • Baixa manutenção e funcionamento seguro
  • Sem presença de produtos químicos ou impurezas
Portfólio

Nosso portfólio SILYZER: a solução otimizada para suas necessidades

Gerar quantidades suficientes de hidrogênio requer soluções inovadoras – como a família de produtos SILYZER da Siemens, um sistema inovador de eletrólise PEM que usa energia eólica e solar para produzir hidrogênio e é totalmente livre de CO2. Isso torna o SILYZER duas vezes mais útil – e duas vezes mais limpo.

SILYZER 300 é a mais recente e poderosa linha de produtos na faixa de megawatts de dois dígitos do portfólio de eletrólise PEM da Siemens. O design modular do SILYZER 300 faz uso exclusivo de efeitos de dimensionamento para minimizar os custos de investimento para plantas industriais de eletrólise em larga escala. A solução otimizada resulta em custos de produção de hidrogênio muito baixos graças à alta eficiência e disponibilidade da planta.


Descarbonize sua indústria com um sistema que 

  • oferece o mais alto nível de eficiência e dinâmica extraordinária a um preço competitivo e com baixos requisitos de manutenção,
  • está livre de substâncias perigosas,
  • não fornece nada além de hidrogênio puro da mais alta qualidade.

O SILYZER 200 pode ser adaptado às suas necessidades específicas. Graças ao seu design e opções práticas de expansão, ele oferece máxima flexibilidade. O sistema básico consiste em pelo menos um skid de 1,25 MW. Diversos sistemas básicos podem ser combinados em uma rede de eletrólise PEM em uma classe de desempenho mais alta. Dependendo de suas necessidades, uma variedade de opções técnicas complementa o pacote completo, incluindo um sistema de refrigeração, sistema de tratamento de água, conexão com a rede elétrica e muito mais. E, é claro, todos os componentes são perfeitamente compatíveis. Ele ainda permite a produção de hidrogênio quando operado sob alta pressão de até 35 bar.

Nós montamos o pacote perfeito para suas necessidades individuais. Nossos serviços vão desde atividades básicas de manutenção até suporte completo e abrangente, usando análise de dados de última geração. Dessa forma, garantimos um funcionamento tranquilo.

Nossas ofertas de serviços são adaptadas aos requisitos individuais do cliente:

  • Básica: Suporte e resolução de problemas sob demanda
  • Avançada: Manutenção preventiva, suporte remoto, monitoramento de condições, linha telefônica 24h e mais
  • Integrada: Contratação de manutenção baseada em desempenho

 

 

Siemens como parceira

170 anos de experiência e engenhosidade

Sua parceira – competente, confiável, experiente.

Por mais de 170 anos, nós e nossos produtos atendemos aos mais altos padrões de qualidade. Com nosso amplo conhecimento dos setores industriais, de mobilidade e energéticos, somos capazes de desenvolver soluções para vários setores, projetadas para gerar valor agregado para nossos clientes. Da integração em rede à tecnologia de controle inovadora, você se beneficia das décadas de experiência e força inovadora da Siemens. Também temos acesso a uma extensa rede de parceiros selecionados que complementam perfeitamente nossas ofertas. Esse conhecimento e experiência nos permitem criar soluções personalizadas com base nos requisitos individuais do cliente, e assim, explorar todo o potencial.

A SILYZER é repleta de alta tecnologia e expertise – naturalmente, na comprovada qualidade da Siemens – incluindo nosso sistema de controle SIMATIC PCS 7 e conversores da série SINAMICS DCM. Asseguramos que todos os componentes trabalham juntos de forma confiável e otimizada, garantindo máxima disponibilidade, confiabilidade e segurança. Você pode ter certeza de que combinamos toda nossa experiência e conhecimento em um sistema de alta qualidade e estamos disponíveis para você 24 horas por dia como uma parceria confiável.

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Perguntas Frequentes

FAQ – As perguntas mais frequentes sobre hidrogênio

O hidrogênio (símbolo químico H) é um gás. Enquanto molécula (H2), ele aparece apenas em pequenas quantidades na natureza e é principalmente ligado quimicamente, como na H2O.

O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo. 90 por cento de todos os átomos são átomos de hidrogênio. Eles representam três quartos da massa total no universo.

O hidrogênio se torna líquido a -253 ºC.

O hidrogênio tem a maior densidade de energia de todos os combustíveis convencionais por massa: quase três vezes mais do que a gasolina ou o diesel. Essa é uma das razões pelas quais o hidrogênio é usado como combustível para viagens espaciais.
 

 Poder Calorífico Superior do H2: 39,4 kWh/kg; Poder Calorífico Inferior do H2: 33,3 kWh/kg

Ao queimar hidrogênio, ela gera calor. Usado em células de combustível, o hidrogênio é convertido eletroquimicamente em energia elétrica.

O hidrogênio é produzido e utilizado há mais de 200 anos. A experiência mostra que o hidrogênio pode ser armazenado, distribuído e convertido com segurança. Já em 1808, estabeleceu-se o primeiro uso em larga escala de hidrogênio, para o sistema de iluminação pública de Londres.

O hidrogênio (H2) pode ser produzido de diferentes maneiras. No momento, mais de 95% do hidrogênio presente em todo o mundo é produzido a partir de hidrocarbonetos, com produção e emissão nocivas de CO2. Uma tecnologia mais moderna e ecologicamente correta para a produção de hidrogênio neutra em CO2 pode ser oferecida através da eletrólise da água.

O hidrogênio pode ser produzido a partir de hidrocarbonetos pela reforma a vapor do gás natural - muitas vezes referida como reforma a vapor de metano (SMR), gaseificação de carvão e de um processo de eletrólise da água (H2O).

O hidrogênio pode ser armazenado em tanques como um gás comprimido ou como um líquido. O hidrogênio também pode ser armazenado em cavernas ou na rede de gás natural para diferentes aplicações, e se a rede cumprir todos os requisitos tecnológicos.

A densidade de energia volumétrica do hidrogênio à pressão atmosférica é de aproximadamente um terço dos combustíveis tradicionais. A densidade de energia volumétrica pode ser aumentada por compressão ou liquefação do gás hidrogênio para armazenar e transportar uma quantidade maior de hidrogênio.

Para veículos movidos a hidrogênio, um padrão industrial de 300 a 700 bar foi estabelecido. Veículos para o transporte de hidrogênio comprimido, os chamados “caminhões-cisterna”, trabalhando geralmente com uma pressão máxima de 200 bar.

O hidrogênio pode ser transportado como um gás comprimido ou como um líquido criogênico. Hoje, os dois principais métodos para transporte de hidrogênio (principalmente em estado gasoso) são via caminhão-cisterna, por exemplo, reboque de tubos para transporte rodoviário e em gasodutos (por curtas distâncias). 

O hidrogênio é um gás limpo não tóxico. Ele não é venenoso, nem tem sabor ou odor. O uso de hidrogênio como uma fonte de combustível com células combustíveis não cria fumaças, polui a atmosfera com dióxido de carbono ou emite óxidos de nitrogênio.

Ele não é inerentemente mais perigoso que outras fontes de combustível.  O hidrogênio é inflamável e deve ser manuseado com cuidado, assim como outros combustíveis inflamáveis. Para inflamar, o hidrogênio deve ser combinado com um agente oxidante adicional (ar, oxigênio puro, cloro, etc.) em uma concentração específica e uma fonte de ignição (uma faísca). Se, na pior das hipóteses, o hidrogênio inflamar, ele queima muito mais rapidamente. Ele não gera radiação perigosa de calor acima do local do incidente, como gasolina ou querosene.

As instalações são projetadas para serem permanentemente à prova de vazamentos. As conexões flangeadas são projetadas especialmente para hidrogênio e o número de conexões destacáveis é reduzido. Além disso, nos edifícios, uma troca de ar estável é garantida e as instalações são equipadas com válvulas de segurança e limitadores de pressão. Além disso, são designadas zonas de prevenção de explosão. Nessas zonas, equipamentos elétricos e outros precisam estar de acordo com a norma 2014/34/UE (Diretriz ATEX).

Não. O hidrogênio pode ser manuseado, armazenado e transportado com segurança. O setor de gás industrial o faz há mais de um século.

Diferentemente da gasolina e do gás natural, o gás hidrogênio possui flutuabilidade significativa nas condições atmosféricas devido à sua baixa densidade, e qualquer gás hidrogênio vazado sobe imediatamente e se dispersa, o que reduz o risco de uma ignição ao ar livre.

A água é dividida em seus componentes, hidrogênio e oxigênio, através de corrente elétrica.

Os processos de eletrólise podem ser categorizados da seguinte forma: eletrólise alcalina com eletrólitos alcalinos líquidos, eletrólise ácida com um eletrólito polimérico sólido (como a PEM) e eletrólise de alta temperatura com um óxido sólido como eletrólito.    

 

Os sistemas de eletrólise PEM e eletrólise alcalina estão disponíveis em escala industrial. A tecnologia de eletrólise de óxido sólido está em fase inicial de desenvolvimento.

PEM é uma sigla que, em inglês, significa membrana de troca de prótons (proton exchange membrane). Essa membrana é parte crucial da célula eletrolítica em um eletrolisador PEM. A membrana separa o ânodo, onde o oxigênio é coletado, e o cátodo, onde o gás hidrogênio é gerado.

O tipo dos íons que fecham o circuito elétrico

 

  • PEM: H+
  • Alcalina: OH-
  • Óxido Sólido: O2-

 

  • Alta pureza do gás >99,999%
  • Alto dinamismo
  • Alta eficiência (>70%)
  • Maior densidade de potência
  • Alto ciclo de vida
  • Limpo (sem produtos químicos, somente água e eletricidade)

10 litros de água desmineralizada são necessários para 1kg de hidrogênio.

Em média, 50kWh são necessários para produzir 1kg de hidrogênio, dependendo da eficiência do eletrolisador e modo de operação.

O mercado de hidrogênio é dividido em três setores. Mobilidade, energia e indústria, com a indústria sendo, de longe, o mais consumidor na atualidade (~90%). No futuro, uma redistribuição para os setores de mobilidade e energia é esperada.

Hoje, o hidrogênio é um importante gás industrial, isto é, para o refino de combustíveis, para a produção de fertilizantes e metanol, para a hidrogenação de gorduras, para a produção de aço, processamento de metais, bem como na produção de vidro plano.

Menos de 1 kg de hidrogênio é necessário para 100 km.

Automóveis de passageiros ou veículos para serviços leves levam de 3 a 5 minutos.

O hidrogênio permite o armazenamento a longo prazo de grandes quantidades de excedente de energia renovável. Ele permite novas formas de usar eletricidade verde, isto é, usando hidrogênio como substituto do gás natural inserindo-o em tubulações existentes, como combustível para veículos movidos a células de combustível ou usinas de energia, ou como matéria-prima para a indústria de processamento de hidrogênio. Ele abre a possibilidade de ligar a geração energia com os setores industrial e de mobilidade, o chamado “acoplamento setorial”.

Não. O hidrogênio se tornará um elemento substancial e permanente de uma indústria de energia sustentável.

No futuro, o hidrogênio será produzido em maior escala usando a eletricidade de fontes de energia renováveis. Além disso, o biogás e vários combustíveis, como a biomassa sólida, ajudarão a produzir hidrogênio verde no futuro.

O hidrogênio "verde" é obtido com 100% de energia renovável. Isso significa que a energia necessária para produzir hidrogênio por eletrólise emitiu zero emissões. O hidrogênio produzido a partir de combustíveis fósseis, liberando emissões como de CO2, pode ser chamado de hidrogênio 'cinza' ou 'marrom'. Se o dióxido de carbono emitido é capturado, armazenado (armazenamento de captura de carbono) e reutilizado, ele é frequentemente chamado de hidrogênio ‘azul’.