Yamanashi, no Japão, se torna campo de testes para o hidrogênio verde

Por que Yamanashi está se tornando o laboratório de hidrogênio do Japão

Aos pés do Monte Fuji, a província de Yamanashi se transformou em um campo de testes real para o hidrogênio verde. Em todo o Japão, o hidrogênio ganha visibilidade como alternativa aos combustíveis fósseis. Em Yamanashi, essa tendência é especialmente clara. Empresas dos setores automotivo e de fabricação de motores, bebidas, pneus e máquinas-ferramenta começam a incorporar o gás à sua matriz energética. A província reúne uma combinação rara de recursos renováveis abundantes, infraestrutura de pesquisa e colaboração ativa entre os setores público e privado.

Yamanashi se destaca pela alta incidência de radiação solar, pela concentração de estruturas de pesquisa em energia e por políticas que apoiam projetos do laboratório ao chão de fábrica. A região de Komekurayama, em Kofu, abriga um dos mais consolidados polos de energia solar do Japão e uma vila de pesquisa de sistemas energéticos de próxima geração. Líderes da província apoiaram programas-piloto de hidrogênio que conectam a energia solar diurna ao armazenamento de longa duração e ao calor industrial, posicionando a região para comprovar a tecnologia em condições reais de operação e, em seguida, ampliá-la. A Sociedade de Energia de Hidrogênio de Yamanashi (H2-YES), uma joint venture que conecta a província a empresas, ajuda a coordenar demonstrações e reunir clientes âncora.

O que o sistema Power to Gas de Yamanashi realmente faz

Power to Gas, geralmente abreviado como P2G, converte eletricidade de fontes renováveis em hidrogênio ao separar a água em hidrogênio e oxigênio. A abordagem de Yamanashi usa eletrólise da água com polímero sólido. Quando a geração solar é intensa, o excedente de energia alimenta o eletrolisador. O hidrogênio pode então ser comprimido ou liquefeito e armazenado em tanques. Diferentemente dos elétrons na rede elétrica, o hidrogênio armazenado pode ser transportado por caminhão, conduzido por tubulações a curtas distâncias ou convertido novamente em eletricidade e calor quando necessário. Assim, a energia solar intermitente se transforma em um recurso energético flexível para fábricas, armazéns e comunidades locais.

Com apoio do Fundo de Inovação Verde do governo japonês e de trabalhos encomendados pela agência nacional de pesquisa e desenvolvimento NEDO, a tecnologia P2G do Modelo Yamanashi foi desenvolvida em conjunto pela província de Yamanashi, pela Toray Industries, pela Tokyo Electric Power Company Holdings e pela Takaoka Toko. Uma instalação de 16 megawatts baseada nesse sistema está sendo construída nas unidades da Suntory em Hakushu, na província. A previsão é que opere com eletricidade renovável e água local, para que o hidrogênio produzido não emita gases de efeito estufa quando utilizado. Detalhes do projeto estão disponíveis nos canais da Suntory e dos parceiros da província, nesta apresentação oficial.

Por dentro do plano de hidrogênio verde de 16 MW da Suntory

Em setembro de 2022, a Suntory Holdings assinou um acordo básico com a província de Yamanashi para descarbonizar a Destilaria Hakushu e a Fábrica de Água Hakushu, nos Alpes do Sul. O projeto central é uma instalação P2G de 16 megawatts que fará a eletrólise da água com eletricidade renovável, produzindo hidrogênio verde no local. A empresa usará o gás como fonte de calor limpo nas operações da fábrica e pretende compartilhar o fornecimento com a comunidade do entorno.

O início das operações está previsto para 2025. Na primeira fase, o hidrogênio alimentará caldeiras usadas na esterilização por calor e dará suporte a testes de destilação na Destilaria Hakushu. A partir de 2027, a Suntory planeja atuar em toda a cadeia de valor do hidrogênio verde no Japão, não apenas produzindo o combustível, mas também distribuindo-o e vendendo-o. Uma parceria logística com a Tomoe Shokai deverá viabilizar entregas dentro de Yamanashi e em Tóquio. A empresa estuda usos adicionais em outras instalações, como a Destilaria Chita, em Aichi, e a Fábrica Takasago, em Hyogo.

O impulso vem depois que um projeto de hidrogênio planejado para uma destilaria no Reino Unido não avançou, levando à transferência de recursos para iniciativas nacionais. No Japão, o ambiente de políticas públicas e as parcerias locais em Yamanashi oferecem um caminho claro para construir, operar e comprovar uma cadeia de valor completa, da energia renovável ao calor e à eletricidade gerados com hidrogênio.

A parceria com a JERA e os testes de energia sem carbono 24 horas por dia

Em 22 de novembro de 2023, a província de Yamanashi assinou um acordo básico com a JERA, a maior geradora de energia do Japão em participação na geração, para colaborar na criação de uma cadeia de valor regional do hidrogênio. A JERA pretende combinar fontes renováveis com geração termelétrica sem emissões, usando hidrogênio e amônia, e responde por cerca de 30% da eletricidade do país. A parceria busca garantir a produção e o fornecimento estáveis de eletricidade sem carbono e combustíveis à base de hidrogênio, integrando o sistema P2G da província à cadeia de combustíveis e aos ativos de geração da JERA. Uma apresentação pública da colaboração está disponível aqui: visão geral da parceria com a JERA.

Está prevista a construção de novas instalações de geração de energia a hidrogênio em Komekura, onde testes de demonstração fornecerão eletricidade a empresas locais. O objetivo é comprovar que é possível fornecer energia sem carbono continuamente, combinando a geração solar com turbinas ou células a combustível movidas a hidrogênio quando o sol se põe ou as nuvens passam. Se funcionar na escala da província, a abordagem poderá atender fábricas que precisam de energia estável a qualquer hora.

Da energia solar ao armazenamento: a evolução do polo de Komekurayama

A expansão da energia solar da província em Komekurayama remonta aos planos do início da década de 1990, quando o local deveria atrair empresas. Após o estouro da bolha econômica, o terreno se tornou uma plataforma para grandes conjuntos de painéis solares, em parceria com a Tokyo Electric Power Company. Isso abriu caminho para a etapa seguinte. Em 2021, a província lançou uma iniciativa P2G para converter excedentes de energia solar em hidrogênio por meio da eletrólise da água com polímero sólido. Os primeiros sistemas liquefaziam o hidrogênio, armazenavam-no no local em tanques especializados e o transportavam em reboques até onde fosse necessário, como estabelecimentos que usam células a combustível para energia de reserva e nos horários de pico.

O próximo passo é ir além de uma única fonte solar e utilizar eletricidade renovável certificada da rede elétrica convencional, incluindo fontes hidrelétricas, eólicas e geotérmicas. Quando o hidrogênio é produzido sob demanda no próprio local de uso, a necessidade de armazenamento pode diminuir, os custos de transporte caem e o custo do hidrogênio verde pode melhorar. Engenheiros de Yamanashi também estudam aplicações industriais que vão além do calor e da eletricidade, como o uso de hidrogênio verde na limpeza de processos de fabricação de semicondutores, em substituição ao hélio.

Quem usa o hidrogênio atualmente

As unidades da Suntory em Hakushu são os clientes âncora da província. O hidrogênio será usado na esterilização por calor e em testes-piloto de destilação de uísque com fogo direto. Além do setor de bebidas, o setor de pneus começou a testar a produção de hidrogênio no próprio local para calor de processo e cogeração, indicando um mercado industrial mais amplo para o gás.

O transporte é outra área em expansão. O governo nacional apoia o uso de células a combustível em veículos pesados, com financiamento para que montadoras ampliem sua capacidade de produção. Vários programas têm como alvo caminhões movidos a hidrogênio que poderiam ser abastecidos em depósitos nos horários de menor demanda, usando hidrogênio verde produzido quando há energia renovável em abundância. Essas iniciativas estão alinhadas ao compromisso do Japão de alcançar a neutralidade de carbono até 2050 e à necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis importados.

Custos, benefícios e limitações

A eletrólise consome muita energia. A produção de um quilograma de hidrogênio normalmente exige cerca de 50 a 55 quilowatts-hora de eletricidade, além da energia adicional necessária para compressão ou liquefação. Um eletrolisador de 16 megawatts operando em potência máxima durante um dia inteiro poderia produzir aproximadamente 7 a 8 toneladas métricas de hidrogênio. A produção real depende do ciclo de operação, dos períodos de manutenção e da disponibilidade de eletricidade renovável. A estratégia de Yamanashi combina energia solar no local, fontes renováveis da rede e armazenamento para que a instalação opere quando a energia estiver limpa e barata.

O custo continua sendo o principal desafio. No Japão, os preços da eletricidade no atacado e as tarifas de uso da rede podem ser altos, o que limitou projetos-piloto de hidrogênio anteriores. O uso de energia solar que, de outra forma, poderia ser cortada ou a transferência das operações para períodos de baixa demanda pode reduzir o custo por quilograma. Melhorias na eficiência dos eletrolisadores e volumes de produção maiores também ajudam a baixar o preço ao longo do tempo.

O abastecimento de água e a segurança são duas questões práticas. A eletrólise consome quase nove litros de água para cada quilograma de hidrogênio produzido, além da água necessária para a purificação. A região de Hakushu é conhecida por suas águas subterrâneas de alta qualidade, usadas na produção de bebidas, o que reforça a necessidade de gestão cuidadosa dos recursos e reciclagem. O manuseio do hidrogênio exige protocolos rigorosos de ventilação, detecção de vazamentos e treinamento. A preocupação da comunidade pode surgir em torno da inflamabilidade, como mostram debates públicos sobre projetos propostos no exterior; por isso, a comunicação com a população e padrões rigorosos de projeto são essenciais.

O modelo de Yamanashi poderá se expandir para além da província?

A estrutura que está sendo comprovada em Yamanashi foi concebida para a escala regional. Ela conecta recursos renováveis locais, eletrólise, armazenamento e usuários finais por meio de uma cadeia de abastecimento curta. A próxima fase inclui entregas a Tóquio, conectando um importante centro de demanda ao hidrogênio verde produzido nas montanhas a oeste da capital. O sucesso da demonstração da JERA de fornecimento contínuo de eletricidade sem carbono também ofereceria à indústria um modelo de energia confiável sem combustíveis fósseis. Detalhes da colaboração estão disponíveis publicamente na apresentação do projeto da JERA.

O trabalho já desperta atenção internacional. Delegações estrangeiras visitaram os polos de pesquisa e os projetos-piloto industriais de Yamanashi, e algumas regiões estão planejando criar centros de excelência em hidrogênio verde com base nas lições do Japão. As visitas incluíram tecnologias que vão de veículos com células a combustível a laboratórios de pesquisa e unidades de produção na província. Essa transferência de conhecimento, junto com o apoio das políticas nacionais, dá uma ideia de como um campo de testes local pode influenciar projetos muito além de suas fronteiras.

O que saber

• A província de Yamanashi está despontando como campo de testes do Japão para o hidrogênio verde, conectando a abundante energia solar à produção, ao armazenamento e ao uso industrial do hidrogênio.
• O sistema Power to Gas do Modelo Yamanashi converte eletricidade renovável em hidrogênio por meio da eletrólise da água com polímero sólido, transformando a energia solar intermitente em um recurso energético flexível.
• A Suntory e a província estão construindo um eletrolisador de 16 megawatts na Destilaria Hakushu e na Fábrica de Água Hakushu, nos Alpes do Sul, com início das operações previsto para 2025.
• A partir de 2027, a Suntory pretende atuar em toda a cadeia de valor do hidrogênio, incluindo a distribuição e a venda locais em Yamanashi e Tóquio, por meio de uma parceria logística com a Tomoe Shokai.
• A JERA e Yamanashi firmaram uma parceria em 2023 para criar uma cadeia de valor regional do hidrogênio e demonstrar o fornecimento contínuo de energia sem carbono, combinando geração solar e geração a hidrogênio.
• Komekurayama funciona como polo de pesquisa e implantação da província, tendo evoluído de grandes conjuntos de painéis solares para sistemas P2G que produzem, armazenam e transportam hidrogênio.
• Usuários industriais além do setor de bebidas, incluindo fabricantes de pneus, estão testando o hidrogênio verde no próprio local para reduzir as emissões do calor de processo.
• Programas nacionais do Japão apoiam o uso de hidrogênio em veículos pesados, com financiamento para ampliar a produção de células a combustível e planos para caminhões movidos a hidrogênio.
• Um eletrolisador de 16 megawatts poderia produzir aproximadamente 7 a 8 toneladas de hidrogênio por dia em potência máxima, embora a produção real dependa de como ele é operado.
• Os principais desafios incluem o custo da eletricidade e da rede, o consumo de água, o armazenamento e a logística, além de práticas rigorosas de segurança no manuseio do hidrogênio.
• A abordagem de Yamanashi foi concebida para ser regional e replicável, com planos de abastecer Tóquio e interesse crescente de delegações internacionais que estudam o modelo.