Um estudo que analisou dados de milhares de municípios brasileiros identificou regiões com maior potencial para produção e uso de hidrogênio verde – combustível considerado estratégico para a descarbonização de setores industriais intensivos em emissões. A pesquisa mostra que o país reúne condições favoráveis para desenvolver essa nova cadeia energética, mas também revela um desafio importante: os principais locais de produção e consumo não coincidem geograficamente, o que exigirá investimentos significativos em infraestrutura de transporte e distribuição.

Os resultados foram publicados, no International Journal of Hydrogen Energy por Celso da Silveira Cachola e Drielli Peyerl. O trabalho foi desenvolvido no Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), um dos Centros de Pesquisa Aplicada (CPAs) da FAPESP, sediado na Universidade de São Paulo (USP), em parceria com a Shell Brasil e apoio da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

Segundo Peyerl, do Instituto de Energia e Ambiente (IEE) da USP e do projeto “Energy transition through the lens of Sustainable Developments Goals" (ENLENS), na Universidade de Amsterdã (Países Baixos), o objetivo foi responder a uma pergunta central para o planejamento da transição energética no país: “Queríamos identificar quais regiões do Brasil apresentam maior potencial para produzir e consumir hidrogênio verde no contexto da descarbonização industrial”.

O hidrogênio vem sendo apontado como uma das alternativas mais promissoras para diminuir emissões em setores industriais chamados, em inglês, de “hard-to-abate” (difíceis de reduzir) – aqueles nos quais a descarbonização enfrenta ainda grandes obstáculos, seja por limitações tecnológicas, energéticas ou econômicas. Entre esses setores, estão a siderurgia, o refino de petróleo e parte da indústria química. Nessas atividades, o hidrogênio pode substituir combustíveis fósseis em processos de alta temperatura ou atuar como matéria-prima em reações químicas.

Quando produzido por eletrólise da água, utilizando eletricidade proveniente de fontes renováveis, como energia hidrelétrica, solar ou eólica, ele recebe o nome de “hidrogênio verde”, pois praticamente não gera emissões de gases de efeito estufa durante o processo produtivo.

Segundo Peyerl, a escolha da eletrólise como referência no estudo se deve à consolidação tecnológica desse método: “A eletrólise é uma tecnologia relativamente madura. Quando analisamos o desenvolvimento tecnológico, usamos o chamado Technology Readiness Level [Nível de Maturidade Tecnológica]. E a eletrólise já está em um nível alto de maturidade, enquanto outras rotas ainda estão em estágios experimentais”.

Apesar disso, a pesquisadora ressalta que o hidrogênio não deve ser visto como solução universal para todos os desafios energéticos. “Transição energética é diversificação. Em alguns setores, o hidrogênio cabe como uma luva, especialmente em processos industriais difíceis de descarbonizar. Em outros casos, a eletrificação direta pode ser mais eficiente e mais barata”, diz.

Para mapear o potencial de desenvolvimento dessa tecnologia no Brasil, os pesquisadores reuniram dados de 5.569 municípios para avaliar o potencial de produção e de 2.569 municípios para estimar o potencial de consumo industrial. A análise considerou seis variáveis principais: localização geográfica dos municípios, proximidade de infraestrutura energética (rede elétrica, gasodutos e portos), emissões industriais de CO₂, índice de segurança hídrica, incidência solar e velocidade média dos ventos.

Essas informações foram analisadas por meio de sistemas de informação geográfica (GIS) e técnicas de aprendizado de máquina não supervisionado, incluindo os algoritmos k-means, hierarchical clustering e DBSCAN. A metodologia combinou análise estatística e espacial para identificar padrões no território brasileiro.

De acordo com Peyerl, o método utilizado parte da sobreposição de diferentes camadas de informação geográfica: “A ideia é trabalhar com o que chamamos de metodologia em camadas. Você cria mapas separados – por exemplo, de potencial solar, potencial eólico, infraestrutura energética ou emissões industriais – e depois sobrepõe esses mapas para identificar regiões onde vários fatores favoráveis se concentram”. Esse procedimento permite visualizar áreas onde coexistem, por exemplo, grande disponibilidade de energia renovável e alta demanda industrial por descarbonização.

Os resultados mostraram a existência de sete clusters com alto potencial de produção de hidrogênio verde e dez com maior potencial de consumo industrial. O Nordeste aparece como a região com maior capacidade potencial de produção, graças à combinação de elevados recursos de energia solar e eólica. Já os clusters de consumo concentram-se sobretudo nas regiões Sul e Sudeste, que abrigam grande parte do parque industrial brasileiro e registram níveis elevados de emissões industriais. Essa diferença espacial cria um desafio estrutural para o desenvolvimento da economia do hidrogênio no país. “Hoje estamos muito focados na produção, mas precisamos olhar para toda a cadeia de valor. O grande desafio é garantir que o hidrogênio produzido realmente chegue aos setores que vão utilizá-lo”, sublinha Peyerl.

Potenciais clusters de consumo de hidrogênio verde para descarbonização industrial no Brasil (imagem: Celso da Silveira Cachola e Drielli Peyerl)

Uma das estratégias discutidas pelos pesquisadores para superar essa lacuna espacial é a criação de hubs de hidrogênio – polos industriais onde produção e consumo estejam próximos. “Quando você cria um hub, produz hidrogênio perto das indústrias que vão utilizá-lo. Isso reduz perdas energéticas e diminui os custos de transporte”, comenta Peyerl. Segundo a pesquisadora, esse modelo tem sido discutido em diversos países como forma de acelerar a adoção do hidrogênio na indústria. Além disso, a formação desses hubs pode facilitar o planejamento de infraestrutura energética e logística, permitindo concentrar investimentos em regiões estratégicas.

O estudo também destaca a necessidade de desenvolver novos sistemas de transporte e armazenamento para viabilizar a cadeia do hidrogênio no Brasil. Entre as alternativas estão: gasodutos adaptados para hidrogênio, transporte marítimo e conversão em derivados, como amônia verde. “Para longas distâncias, muitas vezes é preferível converter o hidrogênio em amônia verde, porque já existe know-how para transportar amônia em navios e infraestrutura portuária adaptada”, pondera Peyerl.

Outra questão relevante é o custo energético da produção. A geração de hidrogênio por eletrólise exige grande quantidade de eletricidade renovável, o que reforça a importância de localizar as plantas produtivas em regiões com abundância de energia solar ou eólica (leia mais em: agencia.fapesp.br/55548).

O estudo reforça a posição estratégica do Brasil na transição energética. O país possui uma das mais diversificadas e renováveis matrizes energéticas do mundo. Segundo o Balanço Energético Nacional (BEN), elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética e pelo Ministério de Minas e Energia, a participação das principais fontes na matriz energética brasileira é a seguinte: petróleo e derivados, 34,3%; biomassa da cana-de-açúcar (etanol e bagaço), 18,0%; hidrelétrica, 12,4%; gás natural, 12,2%; carvão vegetal, 8%-9%; carvão mineral, 5,3%; nuclear, 1,4%; eólica, 1-2%; solar, 1%; outras renováveis, 7% (ano-base 2023).

Observe-se que cerca de 45% a 50% da matriz energética brasileira é renovável, enquanto a média mundial é algo próximo de 15%. Além disso, mais de 80% da eletricidade brasileira é proveniente de fontes renováveis, um valor muito superior ao da maioria dos países industrializados. Segundo o Plano Nacional de Energia 2050, a incorporação do hidrogênio poderá desempenhar papel importante na descarbonização ainda maior da matriz energética brasileira, especialmente no setor industrial.

Mas, como sublinha Peyerl, a estratégia energética do país deve explorar sua diversidade de recursos: “O Brasil tem enorme potencial para hidrogênio, mas também para eletrificação, biometano, biomassa e outras rotas energéticas. O desafio é identificar em cada região qual solução faz mais sentido”.

O estudo também foi apoiado pela FAPESP por meio de Auxílio à Pesquisa – Jovens Pesquisadores, concedido a Peyerl.

O artigo Mapping green hydrogen clusters in Brazil: A data-driven approach for industrial decarbonization pode ser acessado em sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319925062056.