Apresente três métodos para a obtenção de hidrogênio em escala industrial, indique a reação química associada e relate sobre os custos, subprodutos e que tipo de hidrogênio é produzido (qual finalidade).
Passo 1
O enunciado pede que apresentemos três métodos industriais para obter hidrogênio, indicando para cada um: a reação química principal, os custos relativos, os subprodutos formados e o “tipo” de hidrogênio produzido (por exemplo, cinza, azul ou verde) e sua aplicação típica.
Passo 2
Método 1: Reforma a vapor de metano (Steam Methane Reforming, SMR)
Este é o processo mais usado hoje em dia, sobretudo na indústria de amônia e no refino de petróleo.
Reações principais:
Este é o processo mais usado hoje em dia, sobretudo na indústria de amônia e no refino de petróleo.
Reações principais:
Custos e subprodutos:
- Custo de capital (CAPEX) e operacional (OPEX) médio-alto, mas o preço do gás natural costuma ser moderado, o que torna esse método o mais barato em termos de
. - Subproduto principal:
(emitido sem captura), além de traços de CO e enxofre (dependendo da pureza do gás de alimentação).
Tipo e finalidade: - Hidrogênio “cinza” se o C
não for capturado; “azul” se for usado captura e armazenamento de C (CCS). - Aplicação: síntese de amônia
, hidrotratamento em refinarias e produção de metanol.
Passo 3
Método 2: Gasificação de carvão
Usado em regiões com carvão abundante para produzir gás de síntese (syngas).
Reação simplificada:
Usado em regiões com carvão abundante para produzir gás de síntese (syngas).
Reação simplificada:
seguida da etapa de “water–gas shift”:
Custos e subprodutos:
- CAPEX elevado (reator de alta pressão e tratamento de gases) e OPEX moderado, pois o carvão é barato, mas impuro.
- Subprodutos: alcatrões, cinzas,
, enxofre e óxidos de nitrogênio (dependendo do carvão).
Tipo e finalidade: - Principalmente hidrogênio “cinza” por causa das grandes emissões de
(pode virar “azul” com CCS, mas raramente se faz). - Aplicação: geração de energia (turbinas a gás), produção de amônia e metanol quando a pureza é ajustada.
Passo 4
Método 3: Eletrólise da água
Emprega eletricidade para separar água em e
. Pode ser alcalina, PEM (membrana de troca protônica) ou eletrólise de óxido sólido (SOEC).
Reação global:
Emprega eletricidade para separar água em
Reação global:
Custos e subprodutos:
- CAPEX elevado (células e membranas) e OPEX muito dependente do custo da eletricidade; atualmente é a rota mais cara por kg de
. - Subproduto limpo: oxigênio de alta pureza.
Tipo e finalidade: - Hidrogênio “verde” se a eletricidade vier de fontes renováveis (eólico, solar); “cinza” se vier da rede comum.
- Aplicação: mobilidade (células a combustível), injeção na rede de gás natural, indústrias eletrônicas e químicas que exigem alta pureza.
Resposta
- Reforma a vapor de metano (SMR):
e ; baixo custo de matéria-prima, subproduto ; hidrogênio cinza (ou azul com CCS); usado em amônia e refino. - Gasificação de carvão:
+ etapa de shift; médio/alto CAPEX, subprodutos tóxicos e ; hidrogênio cinza; usado em energia e síntese química. - Eletrólise da água:
; alto CAPEX/OPEX (eletricidade); subproduto ; hidrogênio verde (se renovável); usado em células a combustível, redes de gás e indústrias de alta pureza.