A tecnologia portuguesa que quer produzir hidrogénio limpo (e a um custo inferior ao fóssil)

O professor Adélio Mendes e a sua equipa trabalhavam com reatores eletroquímicos de alta temperatura quando detetaram um fenómeno inesperado: o benzeno alimentado transformava-se rapidamente em carbono. À primeira vista, parecia um problema. Acabou por revelar-se uma pista.

Nos anos seguintes, a equipa percebeu que a bombagem eletroquímica de hidrogénio permitia libertar o carbono do catalisador e regenerá-lo. Mais tarde, concluiu também que os reatores químicos convencionais, mais simples e mais baratos, podiam substituir os eletroquímicos. Aos poucos, foi ganhando forma a tecnologia que viria a ser conhecida como clivagem catalítica de metano a temperatura intermédia (IT-CMS).

O potencial industrial começou a tornar-se mais claro quando a equipa verificou que a tecnologia podia atingir densidades de potência de 1 kW por litro, um valor compatível com aplicações comerciais. Pelo caminho, foram submetidos dois projetos europeus, ambos sem sucesso.

“Provavelmente, a proposta foi apresentada antes da comunidade científica estar preparada para ela”, recorda Adélio Mendes.

O ponto de viragem surgiu em 2019, durante um almoço em Lausanne, na Suíça. Adélio Mendes encontrou-se com o cientista suíço Michael Grätzel e aproveitou para lhe falar da ideia, e da dificuldade em obter financiamento.

O Prof. Grätzel teve um papel crítico na motivação para submeter um novo projeto, e o projeto EIC-Pathfinder 112CO2 foi aprovado. Este projeto permitiu aprender muito sobre esta reação e montar as instalações laboratoriais necessárias ao seu estudo, conta.

A mudança decisiva aconteceu já na fase final desse projeto. A equipa testou uma configuração diferente da inicialmente prevista e descobriu que o carbono produzido apresentava propriedades grafíticas com elevado valor comercial.

“É um pouco como a diferença entre grafite e diamante: ambos são carbono, mas a sua estrutura determina o seu valor. Foi nessa altura que nos convencemos de estar perante uma tecnologia de grande potencial, ou seja, no início de 2024”, explica Adélio Mendes.

Partir o metano em dois

Numa explicação simples, a tecnologia IT-CMS parte uma molécula de metano (CH₄) em dois produtos: hidrogénio, por um lado, e carbono sólido, por outro. Sem oxigénio no processo e, por isso, sem emissões diretas de CO₂.

“No fundo, a molécula de metano é quebrada em carbono e hidrogénio; não há assim a formação de CO₂”, resume Adélio Mendes.

A reação exige calor, fornecido por resistência elétrica, e incorpora entre 25% e 30% de energia elétrica no produto final, um valor muito abaixo do exigido pela eletrólise da água (processo que usa eletricidade para separar a água em hidrogénio e oxigénio).

Por cada quilograma de hidrogénio produzido, obtêm-se cerca de três quilogramas de carbono grafítico de elevada pureza (um material com aplicações em baterias, aeronáutica e dispositivos de alta tecnologia), e cuja oferta global é hoje dominada pela China.

Quando o metano usado é biogénico (proveniente de resíduos agrícolas ou pecuários), o impacto pode ir ainda mais longe.

“Se o metano for biogénico, por exemplo, quando obtido por resíduos agrícolas ou pecuários, o hidrogénio é verde e o carbono sólido renovável”, explica Adélio Mendes. Nesse caso, o carbono que antes estava na atmosfera sob a forma de CO₂, capturado pela biomassa, fica imobilizado como grafite. O resultado é uma pegada carbónica negativa.

Um modelo económico ao contrário

“O carbono é a fonte de rendimento da clivagem do metano, sendo em termos económicos o hidrogénio um ‘subproduto’”, explica Adélio Mendes.

É essa inversão que sustenta a promessa de competitividade da empresa. Em vez de depender apenas da venda de hidrogénio, a tecnologia apoia-se também na valorização do carbono grafítico produzido no processo.

A comparação com os métodos tradicionais ajuda a perceber a diferença. Mais de 95% do hidrogénio produzido no mundo resulta ainda da reformação do metano com vapor (SMR, processo industrial que utiliza vapor de água a alta temperatura para extrair hidrogénio do gás natural), um processo intensivo em emissões e no qual, segundo Adélio Mendes, “pelo menos 35% se perde”.

A principal alternativa limpa disponível, a eletrólise da água (uso de eletricidade para separar moléculas de água em hidrogénio e oxigénio), “é um processo limpo, mas altamente consumidor de energia elétrica e água”, o que implica “um grande investimento em redes de alta tensão e exige disponibilidade de água de muito alta qualidade, um recurso cada vez mais escasso”.

Já a IT-CMS, defende, “utiliza a mesma matéria-prima já disponível, requer pouca eletricidade, e pode ser instalada localmente, utilizando as infraestruturas atuais e de forma modular e descentralizada”.

“A nossa tecnologia traz hidrogénio a um preço inferior ao dos combustíveis fósseis, e essa é a grande revolução”, afirma.

Da FEUP para o mercado

A HyCarb foi constituída em setembro de 2024 é a 11.ª spin-off a nascer diretamente do laboratório LEPABE, num percurso empreendedor que remonta a 1992. Em abril, arrancou o projeto europeu ZeroCarb, financiado pelo programa EIC Transition (instrumento europeu de apoio à passagem da investigação para o mercado).

Para Paula Dias, cofundadora e investigadora do LEPABE, este percurso demonstra que “a investigação de fronteira pode gerar soluções com impacto real na transição energética”. O desenvolvimento da IT-CMS, acrescenta, “permitiu alcançar níveis de eficiência e estabilidade catalítica que abrem caminho à produção de hidrogénio descarbonizado em larga escala, ao mesmo tempo que se obtém carbono grafítico de elevado valor industrial”.

A ligação à FEUP e ao LEPABE mantém-se central, “quase umbilical”, nas palavras da investigadora. A equipa é inteiramente composta por alumni da faculdade, enquanto projetos de mestrado e doutoramento continuam a alimentar a evolução da tecnologia.

Mas essa relação não está isenta de fricções. A negociação da propriedade intelectual com a Universidade do Porto foi, segundo os fundadores, “difícil e longa”. Já os processos de aquisição de equipamentos e recrutamento são “extremamente demorados e burocráticos”. Adélio Mendes estima que essa ineficiência possa destruir até 50% do valor dos projetos de investigação.

Validar, escalar, comercializar

O próximo passo é a construção de um piloto industrial com capacidade para produzir 2kg de hidrogénio por hora, cuja conclusão está prevista para 2027.

Em 2028, a empresa prevê avançar para um reator pré-comercial com cerca de 1 MW (megawatt, unidade de potência) de capacidade equivalente em hidrogénio. A entrada no mercado deverá acontecer entre 2028 e 2029.

“Num momento em que a transição energética é urgente, com a promessa do hidrogénio verde a enfrentar desafios económicos e infraestruturais relevantes, sentimos que era o tempo certo para avançar. Esperar pela solução perfeita poderia significar perder a oportunidade.”

Daqui a cinco anos, a HyCarb quer tornar-se “uma referência internacional na clivagem do metano” e contribuir para “afirmar a engenharia portuguesa de excelência no panorama global”.

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