A necessidade urgente de encontrar recursos energéticos renováveis colocou os combustíveis de hidrogênio no centro das atenções, como uma solução promissora capaz de transformar os sistemas energéticos em todo o mundo. Até o final de 2029, espera-se que o mercado de hidrogênio ultrapasse US$ 260 bilhões, proporcionando inúmeras oportunidades de pesquisa e negócios nessa área. Usando dados da coleção de conteúdo do CAS, concluímos uma análise das tendências globais na pesquisa de combustível de hidrogênio, das quais compartilharemos aqui alguns destaques. Ter uma visão clara desse campo dinâmico e em rápida evolução é fundamental para acelerar a pesquisa e capturar oportunidades atuais e futuras do mercado de hidrogênio.
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O que é essa tendência sobre o hidrogênio?
Atualmente, 90% do suprimento de energia do mundo vem de combustíveis fósseis. Nossa dependência de combustíveis fósseis, uma fonte de energia não renovável, não é sustentável a longo prazo. À medida que nossa população global cresce e nossa dependência de combustíveis fósseis continua a esgotar reservas naturais limitadas, cresce também a preocupação com atender às necessidades futuras de energia do mundo. Além disso, os subprodutos dos combustíveis fósseis danificam o meio ambiente ao liberar toxinas, material particulado e aumentar as emissões de CO2 que contribuem para o aquecimento global.
Nas últimas duas décadas, as preocupações com a sustentabilidade e as consequências ambientais aumentaram o foco da pesquisa para encontrar recursos alternativos de energia limpa, que possam atender às crescentes demandas de energia. Existem várias fontes de energia sustentável em uso e desenvolvimento, incluindo solar, eólica, térmica oceânica, geotérmica e biomassa, para citar algumas. No entanto, quando usados isoladamente, nenhum deles hoje é capaz de fornecer quantidades suficientes, confiáveis e econômicas de energia.
Na busca por alternativas de energia adicionais e que possam ser expandidas, o hidrogênio mostra-se imensamente promissor e está emergindo como o principal concorrente dos combustíveis fósseis. O hidrogênio funciona tanto como combustível quanto como transportador de energia e também pode armazenar energia de diversas fontes primárias, oferecendo maiores possibilidades como fonte de energia renovável em comparação com outras alternativas.
Tecnologia de combustível de hidrogênio: benefícios, tendências e sucessos recentes
A geração de energia usando hidrogênio é baseada em um sistema de células de combustível desenvolvido originalmente na década de 1970. A célula de combustível composta por um cátodo, ânodo e eletrólito produz energia elétrica através de uma reação química entre hidrogênio e oxigênio. Como essa reação gera apenas água, eletricidade e calor, o uso do hidrogênio não contribui para o efeito estufa.
O Protocolo de Kyoto, um tratado internacional entre 192 países participantes, comprometidos com a redução das emissões de gases de efeito estufa, foi implementado em 1997. Desde então, tem havido esforços acelerados para explorar e desenvolver o hidrogênio como combustível alternativo. Nossos dados demonstram um aumento constante no volume de patentes no espaço do combustível de hidrogênio desde 1997, evidenciando o crescente interesse global na comercialização dessa tecnologia.
Manter-se atualizado com as tendências globais no desenvolvimento de combustível de hidrogênio fornece orientação para fazer investimentos de negócios baseados em informações, iniciar colaborações valiosas e identificar pontos mais populares (ou lacunas ocultas) no cenário de pesquisa. A coleção de conteúdo do CAS revela importantes tendências globais em pesquisas e práticas de pedidos de patentes na pesquisa de hidrogênio. Considerar essas tendências sob uma perspectiva geográfica e da indústria fornece uma visão mais profunda do mercado de combustível de hidrogênio.
Dados de patentes mostram que a região da Ásia-Pacífico produz 66,7% das patentes globais de combustível de hidrogênio. O Japão, líder global em pesquisa de combustível de hidrogênio, produziu um terço de todas as invenções, seguido de perto pela China. Do ponto de vista do segmento, a indústria automotiva é a que mais contribui para o depósito de patentes na área, pois é diretamente afetada pela transição para fontes renováveis de energia. Na Europa, EUA e China, o tópico mais comum nas patentes de combustível de hidrogênio foi “materiais de armazenamento de hidrogênio”, seguido de perto por “células de combustível”, destacando essas aplicações na indústria de transporte, bem como aquecimento comercial e residencial.
De fato, vários países comemoraram recentemente sucessos na introdução da tecnologia de combustível de hidrogênio para aplicações de transporte de massa. Por exemplo, dois trens movidos a hidrogênio entraram em serviço no norte da Alemanha em 2019 para reduzir as emissões de CO2 do transporte convencional movido a diesel. Já nos próximos Jogos Olímpicos de Verão de 2021 no Japão, serão usados ônibus movidos a hidrogênio para transportar os atletas.
Pesquisa focada em resolver desafios
Apesar dos benefícios e de seu potencial, o campo da tecnologia de hidrogênio enfrenta desafios que impedem sua aplicação imediata em larga escala. Um dos principais desafios é o custo. O uso de platina em células de combustível atualmente torna a geração de hidrogênio cara, gerando a necessidade de a comunidade científica explorar alternativas de baixo custo. É essencial reduzir o custo dos sistemas de hidrogênio e desenvolver métodos econômicos de fabricação para competir com os sistemas petrolíferos de baixo custo já estabelecidos.
No entanto, a maior barreira atual que impede a tecnologia de combustível de hidrogênio é a dificuldade em armazenar hidrogênio. O hidrogênio é um elemento leve, imensamente menos denso que os combustíveis convencionais. Para impedir vazamentos devido à permeabilidade do gás pressurizado existe a necessidade de usar materiais premium na construção de recipientes de armazenamento. Tem sido um desafio encontrar o equilíbrio certo entre durabilidade e peso dos sistemas de armazenamento de hidrogênio.
O sucesso do hidrogênio como combustível de consumo depende diretamente da descoberta de materiais robustos de armazenamento e do desenvolvimento de um sistema de transporte sofisticado e seguro. Como resultado, o armazenamento de gás hidrogênio emergiu como o principal foco de pesquisa em todo o cenário global desde 2009, seguido pela “desidrogenação” nos últimos anos. A estratégia de desidrogenação resolve o problema de armazenamento, aproveitando a infraestrutura bem estabelecida de armazenamento e transporte de amônia e metilciclohexano. Com processos implementados para extrair hidrogênio da amônia e do metilciclohexano, esse sistema pode oferecer economia em comparação com o manuseio de hidrogênio puro.
Com a tecnologia de hidrogênio crescendo rapidamente e pronta para desempenhar um papel fundamental na mudança do mundo para a energia renovável, é fundamental que as organizações dos vários segmentos afetados monitorem as tendências de pesquisa relevantes. Para saber mais sobre as oportunidades emergentes neste espaço, baixe nosso relatório detalhado sobre combustíveis de hidrogênio.
