HIDROGÊNIO NA PRODUÇÃO DE FERTILIZANTES

Imagem ilustrativa

Integrar um eletrolisador em uma fábrica de fertilizantes é, na prática, substituir o hidrogênio fóssil (obtido a partir do gás natural, CH4) pelo hidrogênio verde ou renovável no processo de produção de amônia (NH3), que é a base de quase todos os fertilizantes nitrogenados.

Também existe a rota a partir do biometano, onde o Brasil possui potencial de produção da amônia renovável. Mesmo nessa rota renovável, o eletrolisador é importante para garantir a produção do hidrogênio quando o biometano for insuficiente. 

Dependência Externa e 

Instabilidade Mundial

O Brasil importa a maior parte da amônia para a produção de fertilizantes, pois o gás natural no Brasil é um dos mais caros no mundo, não sendo competitivo com o gás natural russo, por exemplo. 

Soma-se a isso a instabilidade mundial com guerras e conflitos cada vez mais frequentes como as que estão ocorrendo entre a Rússia e a Ucrânica, além do Oriente Médio. 

Portanto, produzir localmente o hidrogênio renovável para a produção de amônia reduz a vulnerabilidade à volatilidade dos preços internacionais do gás e do frete. É uma questão de segurança nacional, pois é o agronegócio que sustenta o país em períodos de crise econômica. 

Em vez de usar a Reforma a Vapor do Metano (SMR), que utiliza gás natural e libera muito CO2, utiliza-se o eletrolisador. Ele quebra as moléculas de água (H2O) usando eletricidade de fontes renováveis (solar, eólica ou hidrelétrica), gerando H2 puro e oxigênio como subproduto. 

Separação de Nitrogênio

Para fazer amônia, você precisa de Nitrogênio (N2). Ele é obtido do ar através de uma Unidade de Separação de Ar (ASU). Em fábricas integradas com eletrolisadores, o oxigênio gerado na eletrólise pode, às vezes, ser aproveitado em outros processos industriais ou comercializado. 

Síntese de Amônia (Haber-Bosch)

O hidrogênio do eletrolisador e o nitrogênio da ASU são alimentados no Reator Haber-Bosch. Sob alta pressão e temperatura, eles reagem para formar Amônia Anidra.

• Ajuste técnico: O hidrogênio da eletrólise é muito puro, o que pode até aumentar a vida útil dos catalisadores do reator em comparação ao hidrogênio vindo do gás natural.

Eficiência para reduzir  

o OPEX - PEM & AEM

A produção do hidrogênio por eletrólise é muito sensível ao custo da eletricidade. Cerca de 70% do custo do hidrogênio via eletrólise é a eletricidade. Por esta razão, é importante utilizar eletrolisadores mais eficientes como a tecnologia PEM e a AEM. 

A Horizon Fuel Cell Technologies desenvolve as duas tecnologias, porém a grande expectativa está na tecnologia AEM, que é 10% a 20% mais eficiente que a tecnologia alcalina convencional, muito importante para reduzir o custo da operação (OPEX), e em grande escala, competitiva no investimento inicial, o CAPEX. 

Menor Área Ocupada

Tecnologia Compacta

A seguir, destacamos algumas vantagens e características do eletrolisador AEM em relação ao eletrolisador alcalino convencional. A primeira característica a destacar é o espaço ocupado. A imagem a seguir mostra como o eletrolisador AEM da Horizon é mais compacto que o alcalino. A imagem é proveniente de um laboratório de testes onde as stacks de 500kW de cada tecnologia estão sendo avaliadas e comparadas. 

Primeiro Eletrolisador do Mundo de 5MW com Tecnologia AEM

Primeiro Eletrolisador AEM Modular do Mundo

Com Potência de 5 MW

Avanços internos em membranas e eletrodos AEM, resultaram no primeiro eletrolisador AEM modular do mundo com potência de 5 MW, capacidade de produção de hidrogênio de 1000Nm3/h, utilizando 10 stacks de 500kW.

Diversas inovações elevam a eficiência em 15 a 20% em relação à tecnologia alcalina e reduzem o custo em cerca de 50% em comparação com a tecnologia PEM.

Espera-se que a Horizon se torne a maior fabricante mundial de eletrolisadores AEM. 

Líder em Tecnologia AEM

de Última Geração

• Tecnologia AEM originada da tecnologia de reforço mecânico e químico multicamadas da Horizon, desenvolvida em 2007, que proporciona resistência mecânica e química superiores para uma longa vida útil.

• Parceria com instituição de tecnologia líder mundial em polímero de troca aniônica de carbono SP3 saturado.

• Estrutura de eletrodo de ânodo altamente ativa e durável.

• Design inovador de stack atingindo 500 kW - 2MW/stack.

Tecnologia Alcalina Tradicional x Tecnologia AEM (Membrana de Troca de Ânions)

Porosa 500μm

H2 úmido com líquidos corrosivos

Baixa eficiência

Grande

Membrana

Hidrogênio

Eficiência

Área Ocupada

Estado sólido 50 μm

H2 seco e puro

Maior Eficiência

Menor área ocupada

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AEM - Menor Consumo de Energia

Hidrogênio mais puro e equipamentos mais compactos

• Membrana 10 vezes mais fina resulta em menor resistência interna, densidade de corrente 3 a 5 vezes maior, consumo de energia 10% a 20% menor e custo de material muito mais baixo na produção em larga escala.

• Equipamentos de purificação com hidrogênio mais simples e de menor custo

• Dispositivo de refrigeração menor e de menor custo

• Tamanho reduzido devido à maior densidade de potência da stack e ao menor número de componentes. Similar ao tamanho de um eletrolisador PEM. 

ELETROLISADORES AEM

O MAIS COMPETITIVO E PROMISSOR

A Horizon Fuel Cell Technologies desenvolveu stacks de eletrólise de 1MW da tecnologia AEM, muito promissora por ser mais eficiente que a tecnologia alcalina convencional e ter custo competitivo por não utilisar catalisadores de alto custo, como a PEM. 

A Horizon está validando uma planta de 10MW em uma indústria de produção de aço verde, porém utilisando stacks de 500kW. 

Tem interesse em plantas de eletrólise AEM de 1MW ou mais? Entre em contato e clique aqui para conhecer mais sobre as especificações.  

ELETROLISADORES NO CHILE E BRASIL

A Horizon Fuel Cell Technologies recentemente forneceu eletrolisadores da tecnologia PEM para empresas do Brasil e Chile. Os três projetos incluem eletrolisador e célula a combustível, sendo que em dois deles a Horizon integrou os equipamentos em conteineres a pedido dos clientes. A Horizon também forneceu os equipamentos de purificação de água potável para as condições exigidas pelos eletrolisadores. 

Para conhecer um pouco dos projetos e modelos fornecidos, clique aqui.