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produção de hidrogénio a partir de resíduos sólidos urbanos
Sofia G. Simões e Filipa Amorim Unidade de Economia de Recursos do LNEG Filomena Pinto e Francisco Gírio Unidade de Biomassa e Biorrefinarias do LNEG Tel.: + 351 210 924 600/1 info@lneg.pt www.lneg.pt
As opções mais prevalentes para produzir hidrogénio atualmente são SMR (reformação de vapor), a gaseificação de carvão e a eletrólise de água, sendo que apenas este último é considerado como produtor de hidrogénio verde se recorrer a eletricidade de base 100% renovável. Existem, no entanto, outras opções de produção de hidrogénio verde ainda menos conhecidas como a gaseificação de biomassa. A biomassa é como matéria-prima que é convertida em gás de síntese (“syngas”). Como etapa final, o gás de síntese é então transformado em hidrogénio e CO2. A gaseificação é um processo de oxidação parcial, ou seja, é usado menos oxigénio na gaseificação do que num processo de combustão. Nos sistemas de gaseificação convencionais, a oxidação parcial da matéria-prima fornece energia para o processo de gaseificação. De referir que a gaseificação do carvão também é usada para produzir hidrogénio. Como os Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) contêm frações significativas de materiais biodegradáveis e de plásticos (ou seja, materiais ricos em carbono), também podem ser usados como matéria-prima para a produção de hidrogénio via gaseificação. Esta é uma opção tecnológica menos madura que ainda enfrenta alguns desafios de competitividade económica, principalmente relacionados com a purificação de gás. Além da gaseificação, foi recentemente desenvolvido um novo processo para produzir hidrogénio a partir de resíduos pela empresa norte-americana Ways2H, cujo processo de “vapolysis” tem 2 fases: 1. Uma matéria-prima orgânica (ou seja, contendo carbono e hidrogénio), como a biomassa, os plásticos ou materiais derivados de hidrocarbonetos, é convertida num gás de síntese rico em hidrogénio. A matéria-prima é aquecida indiretamente sob um fluxo constante de vapor (a fonte de energia para o calor é o conteúdo de carbono inerente à matéria-prima); 2. A mistura gasosa resultante da fase (1) é processada posteriormente na presença de vapor, para maximizar o teor de hidrogénio. É importante referir que a fração orgânica dos RSU é facilmente digerida em Digestão Anaeróbia convencional produzindo-se biogás o qual pode ser depois “upgraded” para hidrogénio (ou biometano). Assim, é melhor prática (com menor custo e maior sustentabilidade) separar primeiro a fração orgânica dos RSU e usar apenas a componente dos materiais plásticos (i.e., a “fração resto”) para a gaseificação com vista à produção de hidrogénio. Concorrência com a produção de biometano Em 2020 em Portugal foram produzidos 5,014 Mt de RSU, dos quais ~37% são biorresíduos e ~11% são plásticos. Dentro dos RSU, os biorresíduos (i.e. fração orgânica) são a matéria-prima mais atraente para a produção de hidrogénio via gaseificação, pois possuem maior teor de carbono.
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No entanto, esta via de valorização energética encontra-se em concorrência com a produção de biogás e biometano via digestão anaeróbia. Como atrás referido, a produção de biometano a partir de RSU orgânicos é mais económica e energeticamente eficiente do que usá-los para a produção de hidrogénio verde, dado que: • O biometano pode substituir diretamente o gás natural, sem a necessidade de modificações em queimadores ou pipelines de transporte/distribuição, ao contrário do hidrogénio (quer sem ser misturado com gás natural ou quando misturado com gás natural em concentrações acima de 10-20% em volume); • Os digestores anaeróbios produtores de biogás já estão implementados em Portugal, sendo necessário um investimento menor para transformar o biogás em biometano do que para investir numa nova tecnologia de gaseificação ou “vapolysis”; • A tecnologia de digestão anaeróbia produz digeridos que podem ser diretamente utilizados para valorização orgânica, a qual é uma opção de valorização de maior prioridade de acordo com o exposto na Diretiva de Resíduos em comparação com valorização para aplicações energéticas. Purificação de gás Quando a gaseificação é usada, a qualidade do gás de síntese obtido depende do tipo de materiais que são gaseificados. Se contiverem componentes desvantajosos como enxofre, azoto, cloro, etc. (como é o caso dos RSU), o gás de síntese terá níveis mais elevados de compostos com esses elementos, o que exigirá tratamentos de gás mais complexos ou uma separação/tratamento de materiais prévia à gaseificação. Esses passos adicionais tornarão o processo de gaseificação mais caro, o que atualmente é visto como o maior desafio para a implementação da gaseificação de RSU em larga escala.