Em um novo estudo da Nature Communications , pesquisadores propõem um novo método para armazenamento de hidrogênio usando canos existentes localizados no fundo de lagos e reservatórios.

O hidrogênio surgiu como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis para geração de energia em várias indústrias. O foco está especialmente no hidrogênio verde, que é produzido por meio da eletrólise da água usando fontes de energia renováveis como solar, eólica e aérea.

No entanto, a ampla adoção do hidrogênio verde tem enfrentado desafios, principalmente devido à falta de soluções de armazenamento adequadas.

Este estudo recomenda o uso de tubos de polietileno de alta densidade (PEAD) como um meio de armazenar hidrogênio verde. Tubos de PEAD são usados no fundo de lagos, reservatórios ou sistemas de armazenamento de energia hidrelétrica para gerenciamento de água .

Em entrevista ao Phys.org o primeiro autor do estudo, Dr. Julian David Hunt, pesquisador científico da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST), na Arábia Saudita.

Ele destacou que seu trabalho anterior sobre armazenamento de energia por ar comprimido (CAES) em águas profundas inspirou sua exploração de novas estratégias para armazenamento de hidrogênio .

Várias opções de armazenamento de hidrogênio estão disponíveis hoje, variando de acordo com a forma como o hidrogênio está sendo armazenado.

Por exemplo, o hidrogênio comprimido precisa ser mantido em tanques especializados sob alta pressão, o hidrogênio líquido deve ser armazenado em temperaturas extremamente baixas e as soluções de armazenamento subterrâneo dependem da região específica.

Com soluções dependentes de região, como cavernas de sal e reservatórios de gás natural esgotados, o método não é muito escalável. Isso ocorre porque esses recursos podem não estar geograficamente disponíveis onde o armazenamento de hidrogênio é necessário.

O uso de tubos de PEAD pelo Dr. Hunt e sua equipe é um método mais amplamente aplicável, pois esses tubos já estão presentes no fundo de lagos, reservatórios e outros sistemas de armazenamento de energia hidrelétrica.

Entretanto, seguir essa opção se mostrou desafiador devido à falta de informações sobre as profundidades subaquáticas dos fundos oceânicos, leitos de rios, lagos e outros corpos d'água.

Dr. Hunt disse: "O principal problema é a falta de dados batimétricos de lagos e reservatórios. Essencialmente, esses dados representam um mapa topográfico do fundo do mar ou do leito do lago, fornecendo informações sobre a forma, características e composição de áreas submersas."

O real propósito dos tubos de HDPE é o gerenciamento de água em corpos d'água. Eles podem ser utilizados para transportar água para uma variedade de propósitos, incluindo agricultura, necessidades do consumidor e drenagem.

O material é feito para suportar altas pressões subaquáticas, o que o torna altamente durável e também resistente à corrosão e degradação, o que o torna adequado para uso a longo prazo.

Além disso, cascalho é adicionado ao redor desses canos para garantir que eles fiquem estáveis e não se movam devido às correntes de água, atuando como suporte para os canos.

Esses fatores também são desejáveis ??se tubos de PEAD precisarem ser usados para armazenamento de hidrogênio.

O hidrogênio pode ser injetado nesses canos a partir do topo, empurrando a água para dentro dos canos. O hidrogênio precisa ser armazenado a uma certa pressão para evitar expansão ou compressão desnecessárias. Isso é naturalmente alcançado devido à pressão da coluna de água acima dos canos.

Ao manter a pressão interna do hidrogênio no mesmo nível da pressão da água externa, o sistema garante que o hidrogênio não se expanda e exerça pressão sobre os canos.

Quando os níveis de água e, consequentemente, a pressão da água flutuam, válvulas de alívio de pressão são colocadas para ajustar o fluxo de água e hidrogênio, mantendo assim uma pressão constante nas tubulações.

Se chuvas fortes fizerem o nível da água subir, isso levará a um aumento na pressão. Em tal cenário, válvulas de alívio de pressão são usadas para retirar hidrogênio, deixando entrar o excesso de água para manter a pressão no cano .

Isso só funciona porque o hidrogênio é insolúvel em água, tornando esse processo inofensivo à vida aquática e minimizando o impacto ambiental.

Os pesquisadores usaram dados do reservatório de Oroville, na Califórnia, para entender o potencial da solução de armazenamento proposta.

Eles descobriram que o custo nivelado do armazenamento de hidrogênio usando o método proposto chegou a cerca de 0,17 USD por quilo a uma profundidade de 200 metros por ano.

Eles descobriram ainda que o método é mais eficiente em termos de espaço do que a geração de energia solar, exigindo cerca de 38 vezes menos área para armazenamento do que para instalação de painéis solares.

Além disso, essa tecnologia demonstra grande versatilidade, tornando-a compatível com a infraestrutura hidrelétrica atual. Ela também pode acomodar níveis variáveis de água em reservatórios, aumentando assim a capacidade de armazenamento quando esses níveis sobem.

Os pesquisadores também usaram dados de lagos e reservatórios artificiais.

Os dados indicam que a capacidade global de armazenamento de hidrogênio em lagos e reservatórios é estimada em 15 PWh (petawatts-hora), compreendendo 12 PWh em lagos naturais e 3 PWh em reservatórios artificiais.

O Mar Cáspio sozinho representa mais da metade desse potencial (6,4 PWh).

"A possibilidade de armazenar hidrogênio em reservatórios e lagos hidrelétricos aumenta substancialmente os possíveis locais para armazenamento de hidrogênio em larga escala, particularmente perto da demanda por energia (cidades, distritos industriais) ou fornecimento de energia renovável (usinas solares, eólicas e hidrelétricas)", disse o Dr. Hunt.

"O armazenamento de hidrogênio com cascalho e tubos em lagos e reservatórios é uma alternativa competitiva para armazenamento de hidrogênio a longo prazo e pode dar suporte ao desenvolvimento de futuras economias de hidrogênio", explicou o Dr. Hunt.

Como o método usa infraestrutura existente, ele é econômico. Além disso, como o hidrogênio é insolúvel em água, essa abordagem não representa risco ambiental.

No entanto, o Dr. Hunt destacou: "O principal impacto ambiental é a existência de grandes oleodutos no fundo do lago / reservatório , o que pode prejudicar a fauna e a flora no fundo do reservatório".

A falta de dados abrangentes nessa área é um problema, com o Dr. Hunt sugerindo que essa poderia ser uma área de pesquisa que ele gostaria de explorar.

"Um [tópico] de pesquisa interessante seria combinar todas as opções possíveis para armazenamento de hidrogênio em larga escala em um banco de dados, incluindo armazenamento geológico, reservatórios, lagos e oceânico", concluiu.