À medida que empresas de energia em todo o mundo buscam maneiras inovadoras de fazer a transição para opções de energia mais renováveis, sustentáveis e descarbonizadas, que papel o hidrogênio pode desempenhar? E o que é possível em armazenamento de hidrogênio?
Por Fiona Jeffreys
Pesquisadores da Universidade de Canterbury, em Christchurch, na Nova Zelândia, estão conduzindo um projeto de cinco anos para saber mais sobre armazenamento de hidrogênio.
Eles estão usando o software Leapfrog Energy da Seequent para criar modelos em 3D do potencial de armazenamento de hidrogênio em reservatórios de gás esgotados em Taranaki. Suas simulações dinâmicas estimam o hidrogênio recuperável após injeção na subsuperfície.
Embasamento de decisões comerciais para armazenamento de energia
Grandes players globais do setor de energia que, tradicionalmente, têm entre suas atividades principais a exploração de óleo e gás estão buscando maneiras inovadoras de fazer a transição para fontes de energia renováveis, incluindo novas tecnologias que reaproveitam poços existentes na subsuperfície para produzir energia geotérmica, coletar carbono ou armazenar hidrocarboneto.
“Para superar nosso desafio de energia para atingir a neutralidade de carbono, seria mais fácil simplesmente usar baterias elétricas recarregáveis. Porém, as baterias têm dois problemas principais: elas são pequenas e não seguram a carga por tempo suficiente. E, embora seja um ótimo recurso para carros, essas baterias não nos ajudariam em um inverno frio”, afirma David Dempsey, professor adjunto do departamento de engenharia civil da Universidade de Canterbury.
David Dempsey, da Universidade de Canterbury, e sua equipe estão pesquisando o potencial de armazenamento de hidrogênio na subsuperfície, à medida que o mundo busca mais fontes e soluções de energia renováveis. (Crédito da foto: UC)
Conteúdo relacionado:
* A função do hidrogênio na busca pela neutralidade de carbono
* Como a energia solar pode passar de complexa a simples
* O primeiro e ambicioso projeto de energias renováveis do mundo, desenvolvido pela Índia
Quando são necessários períodos mais longos de disponibilização imediata de energia, é preciso considerar o armazenamento alternativo de energia, como reservatórios na subsuperfície. Dempsey e uma equipe, que inclui Matt Parker, Jinjiang Liu e Andy Nicol, estão liderando um projeto de pesquisa pioneiro que explora novas maneiras de usar reservatórios existentes de óleo e gás para armazenar energia renovável, como hidrogênio.
Mais especificamente, eles estão interessados no gerenciamento de riscos e desempenho do hidrogênio armazenado a longo prazo em reservatórios na subsuperfície.
“A injeção e a recuperação de hidrogênio de campos de gás esgotados poderiam fornecer à Nova Zelândia e a outros países acesso a enormes volumes de poros para ajudar a atingir metas globais de hidrogênio, mas isso traz grandes desafios”, explica Dempsey.
A equipe de pesquisa usa a ferramenta de modelagem geológica em 3D Leapfrog Energy para interpretar e compartilhar suas descobertas sobre hidrogênio com líderes acadêmicos e do setor em todo o mundo.
Assista ao vídeo acima: uma simulação de reservatórios com um dos modelos geológicos desenvolvidos em um modelo de blocos. (Crédito do vídeo: UC)
As complexidades do armazenamento de hidrogênio na subsuperfície
Podemos descrever os reservatórios como grandes esponjas cheias de furos nos quais pode ser injetado hidrocarboneto (como o gás natural) para formar uma “bateria”, da qual se pode extrair energia quando necessário. O objetivo é equilibrar oferta e demanda quando, por exemplo, as necessidades de energia aumentam no inverno ou quando os reservatórios das hidrelétricas estão baixos.
“É assim que funciona o armazenamento de gás na subsuperfície: ou o gás é bombeado para baixo ou é puxado para cima novamente. Porém, com a perda de popularidade dos hidrocarbonetos (como o gás natural) devido ao seu impacto nas emissões de carbono, o hidrogênio surgiu como uma opção possível”, afirma Dempsey.
Essa pesquisa piloto concentra-se no potencial de armazenamento de hidrogênio. Porém, trata-se de uma tarefa complexa. A extração de hidrogênio consome muita energia e apresenta riscos de armazenamento devido à alta volatilidade.
Segundo Dempsey, “em comparação com o gás natural, o armazenamento de hidrogênio na subsuperfície é complicado, pois ocupa um volume de rocha quatro vezes maior para a mesma energia, é mais reativo com a geologia e altamente consumido por micróbios”.
Dado que o geoarmazenamento de hidrogênio já é um desafio por si só, o lugar mais fácil para iniciar a pesquisa é um campo de gás esgotado (originalmente, um depósito de gás natural) com uma vedação superior segura que permaneceu estanque por milhões de anos.
“O hidrogênio é flutuante e, assim como um balão de hidrogênio flutua até o teto, esse gás tende a subir quando armazenado na subsuperfície. O campo de gás esgotado que estamos modelando tem uma vedação superior de lamito marinho de 300 m de espessura, por isso, digo que a natureza nos deu as condições perfeitas para nossa pesquisa”, diz Dempsey.
Assista ao vídeo: a injeção de hidrogênio (laranja) em um reservatório de metano (roxo), mostra sua recuperação e a possibilidade de deixar um pouco para trás. (Crédito do vídeo: UC)
O valor de modelos em 3D para visualizar a geologia
“Para avaliar o risco e ajudar a determinar se o local de armazenamento pode efetivamente fornecer hidrogênio, é crucial criar um modelo geológico”, afirma Matt Parker, pesquisador adjunto da Escola de geologia e meio ambiente da Universidade de Canterbury.
“O que queremos entender é a rapidez com que é possível injetar hidrogênio e extraí-lo novamente. Para isso, é necessário compreender a geometria para prever melhor o desempenho do reservatório e otimizar operações, assim como medir o tamanho do armazenamento e quaisquer possíveis pontos de escape”, reforça Parker.
Usando o Leapfrog Energy, os pesquisadores puderam recortar o modelo geológico em 3D, incorporar poços e um sistema de falhas, visualizar o desalinhamento do reservatório e estudar o deslocamento de gás natural por meio do hidrogênio injetado.
Em seguida, com a experiência de Jinjiang Liu e Andy Nicol, os modelos geológicos em 3D foram exportados para um simulador de reservatório. E, em uma etapa final, os resultados do simulador são reimportados para o software para serem visualizados.
“No futuro, pretendemos usar perfis sísmicos em 2D como restrições para a geometria do nosso reservatório e para aumentar a complexidade dos nossos modelos”, revela Parker.
Assista ao vídeo: isosuperfícies de saturação mostram modelos numéricos usados para criar isosuperfícies para fluidos de reservatório. (Crédito do vídeo: UC)
Reutilização dos poços existentes para armazenamento de hidrogênio
Determinar se campos podem ser reaproveitados para ajudar na redução de emissões de CO2 no meio ambiente pode ter benefícios comerciais significativos.
“As empresas de óleo e gás investiram muitos recursos na perfuração de poços e na realização de amplas caracterizações. Por isso, já existe um volume substancial de dados e informações disponíveis”, afirma Dempsey.
Ele ainda acrescenta: “E, embora seja necessário modernizar os poços (a altas pressões, o hidrogênio pode tornar o aço quebradiço), isso pode ser menos dispendioso do que perfurar novos poços, ajudando a economizar dezenas de milhões de dólares”.
Reaproveitar e modernizar poços também pode ajudar profissionais do setor de energia a fazer a transição para uma carreira mais ecológica.
“Em Taranaki e em todo o setor de energia do mundo, há profissionais talentosos de olho no futuro. É muito interessante estudar como usar tecnologias inovadoras para reutilizar a infraestrutura energética existente já em funcionamento”, sugere Dempsey.