Campo de provas de hidrogénio verde na prefeitura de Yamanashi, no Japão

Porque é que Yamanashi se está a tornar o laboratório do hidrogénio do Japão

Às margens do Monte Fuji, a prefeitura de Yamanashi transformou-se num campo de testes ao vivo para o hidrogénio verde. Em todo o Japão, o hidrogénio ganha visibilidade como alternativa aos combustíveis fósseis. Em Yamanashi, a tendência é particularmente clara. Empresas que vão desde fabricantes de automóveis e motores a produtores de bebidas, pneus e máquinas-ferramenta começam a colocar o gás ao serviço do seu mix energético. A prefeitura oferece uma combinação rara de abundantes recursos renováveis, infraestruturas de investigação e uma colaboração ativa entre o setor público e o privado.

Yamanashi distingue-se pelo seu elevado irradiação solar, uma concentração de ativos de investigação energética e políticas que apoiam projetos desde o laboratório até ao chão de fábrica. A zona de Komekurayama, em Kofu, alberga um dos clusters de energia solar mais maduros do Japão e uma aldeia de investigação de sistemas energéticos de nova geração. Os dirigentes da prefeitura apoiaram programas-piloto de hidrogénio que ligam a energia solar diurna a armazenamento de longa duração e calor industrial, posicionando a região para provar a tecnologia em condições reais de operação e, em seguida, escalá-la. A Yamanashi Hydrogen Energy Society (H2-YES), uma joint venture que liga a prefeitura a empresas, ajuda a coordenar demonstrações e a angariar clientes de referência.

O que o sistema Power to Gas de Yamanashi faz na prática

O Power to Gas, comummente abreviado como P2G, converte eletricidade de fontes renováveis em hidrogénio através da divisão da água em hidrogénio e oxigénio. A abordagem de Yamanashi utiliza eletrólise da água em polímero sólido. Quando a produção solar é elevada, a energia excedentária alimenta o eletróliseiro. O hidrogénio pode depois ser comprimido ou liquefeito e armazenado em tanques. Ao contrário dos eletrões na rede, o hidrogénio armazenado pode ser transportado por camião, canalizado a curtas distâncias ou convertido de volta em eletricidade e calor quando necessário. Isto transforma a energia solar intermitente num recurso energético flexível para fábricas, armazéns e comunidades locais.

Apoiado pelo Green Innovation Fund do governo japonês e por trabalhos encomendados pela agência nacional de I&D NEDO, a tecnologia P2G do Modelo Yamanashi foi co-desenvolvida pela Prefeitura de Yamanashi com a Toray Industries, a Tokyo Electric Power Company Holdings e a Takaoka Toko. Uma instalação de 16 megawatts baseada neste sistema está a ser construída nas instalações Hakushu da Suntory, na prefeitura, com planos para funcionar com eletricidade renovável e água local, de modo a que o hidrogénio produzido não emita gases com efeito de estufa quando utilizado. Os detalhes do projeto estão disponíveis na Suntory e nos parceiros prefeiturais através desta visão geral oficial.

O plano de hidrogénio verde de 16 MW da Suntory

Em setembro de 2022, a Suntory Holdings assinou um acordo de princípios com a Prefeitura de Yamanashi para descarbonizar a Destilaria Hakushu e a Unidade de Água Hakushu dos Alpes do Sul. A peça central é uma instalação P2G de 16 megawatts que eletrólise a água utilizando eletricidade renovável, produzindo hidrogénio verde no local. A empresa utilizará o gás como fonte de calor limpa para as operações da unidade e pretende partilhar o abastecimento com a comunidade circundante.

As operações estão previstas para iniciar em 2025. Na primeira fase, o hidrogénio alimentará caldeiras para esterilização térmica e apoiará a destilação experimental na Destilaria Hakushu. A partir de 2027, a Suntory pretende operar ao longo de toda a cadeia de valor do hidrogénio verde no Japão, não apenas produzindo hidrogénio, mas também distribuindo-o e vendendo-o. Uma parceria logística com a Tomoe Shokai permitirá entregas dentro de Yamanashi e para Tóquio. A empresa está a estudar usos adicionais noutras unidades, como a Destilaria Chita, em Aichi, e a Unidade Takasago, em Hyogo.

O impulso surge depois de um projeto de hidrogénio planeado associado a uma destilaria no Reino Unido não ter avançado, o que levou a que os recursos fossem redirecionados para a implementação em território nacional. No Japão, o ambiente regulamentar e as parcerias locais em Yamanashi fornecem um caminho claro para construir, operar e provar uma cadeia de valor completa, desde a energia renovável até ao calor e à eletricidade movidos a hidrogénio.

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

A 22 de novembro de 2023, a Prefeitura de Yamanashi assinou um acordo de princípios com a JERA, o maior produtor de eletricidade do Japão em quota de geração, para colaborar numa cadeia de valor regional de hidrogénio. A JERA pretende combinar fontes renováveis com produção térmica de zero emissões utilizando hidrogénio e amónio, e gera cerca de 30 por cento da eletricidade do país. A parceria procura assegurar a produção e fornimento estáveis de eletricidade sem carbono e combustíveis baseados em hidrogénio, integrando o sistema P2G da prefeitura com a cadeia de valor de combustíveis e os ativos de eletricidade da JERA. Um resumo público da colaboração está disponível aqui: visão geral da parceria JERA.

Estão planeadas novas instalações de geração de eletricidade a partir de hidrogénio no Monte Komekura, onde testes de demonstração fornecerão eletricidade a empresas locais. O objetivo é provar a produção contínua de eletricidade sem carbono, combinando geração solar com turbinas movidas a hidrogénio ou células de combustível quando o sol se põe ou as nuvens passam. Se funcionar à escala da prefeitura, a abordagem poderia servir fábricas que necessitam de energia constante a todas as horas.

Do solar ao armazenamento: a evolução do polo de Komekurayama

O desenvolvimento solar da prefeitura em Komekurayama remete ao planeamento no início da década de 1990, quando o local deveria atrair empresas. Após a bolha económica rebentar, a terra tornou-se uma plataforma para grandes instalações solares em parceria com a Tokyo Electric Power Company. Isto, por sua vez, preparou a fase seguinte. Em 2021, a prefeitura lançou uma iniciativa P2G para converter excedentes solares em hidrogénio através de eletrólise da água em polímero sólido. Os primeiros sistemas liquefaziam o hidrogénio, armazenavam-no no local em tanques especializados e transportavam-no por reboque para onde era necessário, como lojas que utilizavam células de combustível para energia de reserva e de ponta.

O próximo passo é expandir para além de uma única fonte solar e extrair eletricidade renovável certificada da mistura standard da rede, incluindo fontes hidroelétricas, eólica e geotérmica. Quando o hidrogénio é produzido sob procura no ponto de consumo, as necessidades de armazenamento podem diminuir, os custos de transporte baixam e o custo do hidrogénio verde pode melhorar. Os engenheiros de Yamanashi estão também a estudar aplicações industriais que vão para além do calor e da eletricidade, como a utilização de hidrogénio verde na limpeza de processos de semicondutores em substituição do hélio.

Quem utiliza o hidrogénio hoje

As instalações Hakushu da Suntory são o cliente de referência na prefeitura, com hidrogénio planeado para esterilização térmica e para testar a destilação de whisky a fogo direto. Para além das bebidas, o setor dos pneus começou a experimentar a produção de hidrogénio no local para calor de processo e cogeração, apontando para um mercado industrial mais alargado para o gás.

O transporte é outra área de dinamismo. O governo nacional apoiou as células de combustível para veículos pesados, com financiamento a fabricantes de automóveis para expandir a capacidade de produção de células de combustível. Vários programas visam camiões movidos a hidrogénio que poderiam abastecer-se em depósitos durante horas fora de ponta, utilizando hidrogénio verde produzido quando a energia renovável é abundante. Esses esforços alinham-se com o compromisso de neutralidade carbónica do Japão até 2050 e com a necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis importados.

Custos, benefícios e condicionantes

A eletrólise é intensiva em energia. Produzir um quilo de hidrogénio requer tipicamente cerca de 50 a 55 kilowatt-horas de eletricidade, acrescidos de energia adicional para compressão ou liquefação. Um eletróliseiro de 16 megawatts a funcionar a plena carga durante um dia inteiro poderia produzir aproximadamente 7 a 8 toneladas métricas de hidrogénio. A produção real depende do ciclo de funcionamento, das janelas de manutenção e da quantidade de eletricidade renovável disponível. A estratégia de Yamanashi combina solar no local, renováveis provenientes da rede e armazenamento, de modo a que a unidade funcione quando a energia é limpa e barata.

O custo continua a ser o desafio central. No Japão, os preços majoritários de eletricidade e as tarifas de rede podem ser elevados, o que condicionou projetos-piloto de hidrogénio no passado. Utilizar energia solar que, de outra forma, seria descartada, ou deslocar as operações para períodos de baixa procura, pode reduzir o custo por quilo. Melhorias na eficiência dos eletróliseiros e maiores volumes de produção também ajudam a reduzir 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 por cada quilo de hidrogénio produzido, sendo necessária água adicional para purificação. A zona de Hakushu é conhecida por águas subterrâneas de alta qualidade utilizadas em bebidas, o que sublinha a necessidade de uma gestão cuidadosa dos recursos e de reciclagem. A manipulação de hidrogénio exige protocolos rigorosos de ventilação, deteção de fugas e formação. Podem surgir preocupações da comunidade em relação à inflamabilidade, como se viu em debates públicos sobre projetos propostos no estrangeiro, pelo que a sensibilização e normas de projeto rigorosas são essenciais.

O modelo de Yamanashi será replicado para além da prefeitura?

O quadro que está a ser provado em Yamanashi é regional por conceção. Liga recursos renováveis locais, eletrólise, armazenamento e utilizadores finais através de uma cadeia de fornecimento curta. A próxima fase inclui entregas em Tóquio, o que ligaria um grande centro de procura ao hidrogénio verde produzido nas montanhas a oeste da capital. O sucesso da demonstração da JERA de eletricidade sem carbono 24 horas por dia também daria à indústria um modelo para energia fiável sem combustíveis fósseis. Os detalhes da colaboração são públicos através da visão geral do projeto da JERA.

O trabalho já está a atrair atenção internacional. Delegações do estrangeiro percorreram os polos de investigação e os projetos-piloto industriais de Yamanashi, e existem planos em algumas regiões para estabelecer centros de excelência em hidrogénio verde, aproveitando as lições do Japão. As visitas incluíram tecnologias que vão desde veículos a células de combustível a laboratórios de investigação e unidades de produção na prefeitura. Essa transferência de conhecimentos, aliada ao apoio das políticas nacionais, aponta para a forma como um campo de provas local pode influenciar projetos muito para além das suas fronteiras.

O que deve saber

• A Prefeitura de Yamanashi está a emergir como campo de provas do Japão para o hidrogénio verde, ligando a abundante energia solar à produção, armazenamento e uso industrial de hidrogénio.
• O sistema Modelo Yamanashi Power to Gas converte eletricidade renovável em hidrogénio através de eletrólise da água em polímero sólido, transformando o solar intermitente num recurso energético flexível.
• A Suntory e a prefeitura estão a construir um eletróliseiro de 16 megawatts na Destilaria Hakushu e na Unidade de Água Hakushu dos Alpes do Sul, com operações previstas para iniciar em 2025.
• A partir de 2027, a Suntory pretende operar ao longo de toda a cadeia de valor do hidrogénio, incluindo distribuição e venda local em Yamanashi e Tóquio através de uma parceria logística com a Tomoe Shokai.
• A JERA e Yamanashi assinaram uma parceria em 2023 para construir uma cadeia de valor regional de hidrogénio e demonstrar eletricidade sem carbono 24 horas por dia, combinando geração solar e movida a hidrogénio.
• Komekurayama serve de polo de investigação e implementação da prefeitura, evoluindo de grandes instalações solares para sistemas P2G que produzem, armazenam e transportam hidrogénio.
• Utilizadores industriais para além das bebidas, incluindo a fabricação de pneus, estão a testar hidrogénio verde no local para reduzir as emissões do calor de processo.
• Os programas nacionais do Japão apoiam o hidrogénio para veículos pesados, com financiamento para aumentar a produção de células de combustível e ambições para camiões movidos a hidrogénio.
• Um eletróliseiro de 16 megawatts poderia produzir aproximadamente 7 a 8 toneladas de hidrogénio por dia a plena carga, embora a produção real dependa da forma como é operado.
• Os principais desafios incluem os custos de eletricidade e de rede, o consumo de água, o armazenamento e a logística e práticas de segurança robustas para a manipulação de hidrogénio.
• A abordagem de Yamanashi foi concebida para ser regional e replicável, com planos para abastecer Tóquio e um crescente interesse de delegações internacionais a estudar o modelo.