A Cúpula do Hidrogênio destaca os desafios e as oportunidades na compressão do hidrogênio.

A descarbonização — seja impulsionada por legislação ou por metas ESG das empresas — significa que a produção e o transporte de hidrogênio podem se tornar uma parte crescente do mundo da COMPRESSORTech2.

Mas ainda há muitas incógnitas sobre a melhor forma de utilizar o hidrogênio e seus efeitos em tudo, desde a metalurgia até o desempenho de válvulas , de acordo com palestrantes da COMPRESSORTech2 Hydrogen Summit . O evento, realizado no final de abril em Houston, atraiu mais de 140 participantes de diversas empresas, incluindo bp, Atlas Copco, Cook Compression, Dover Precision Components e muitas outras.

Apresentações da Cúpula

Palestras principais

Jeff Falkiner, gerente de engenharia de operações e manutenção – operações de transmissão da Enbridge Gas Inc. (EGI), abriu a conferência com um discurso de abertura matinal destacando os principais elementos de engenharia na reutilização de ativos de gás natural para o serviço de hidrogênio misturado .

Falkiner é responsável pelo suporte de engenharia para todos os equipamentos de compressão e auxiliares na operação de armazenamento e transmissão da EGI, que inclui um portfólio de mais de 800.000 hp. Em sua função atual, ele está profundamente envolvido nas avaliações dos impactos do hidrogênio e da adequação dos equipamentos de compressão .

Falkiner falou sobre alguns dos projetos de hidrogênio da EGI, incluindo o projeto de mistura de hidrogênio em Markham, Ontário, Canadá — o primeiro projeto desse tipo na América do Norte.

O projeto piloto de 5,2 milhões de dólares é uma parceria com a Cummins e foi iniciado em 2018 para ajudar a equilibrar a oferta e a demanda de eletricidade em Ontário, armazenando o excedente de eletricidade da província como hidrogênio puro até que seja necessário.

A partir de janeiro de 2022, o hidrogênio produzido na instalação passou a ser injetado em uma parte do sistema de gás natural existente da Enbridge Gas, que atende cerca de 3.600 clientes em Markham.

Ele observou que a empresa precisava criar um programa específico de gestão operacional e de integridade para monitorar e quantificar a segurança e a confiabilidade da rede. A empresa chegou a desenvolver e ministrar programas de treinamento para equipes de resposta a emergências, para que soubessem como lidar com a mistura de gás natural.

A palestra principal da tarde foi proferida por Jacob Saletsky, engenheiro que apoia o grupo New Energy Ventures da Williams em Tulsa, Oklahoma. Saletsky apoia o desenvolvimento e a execução de projetos focados na descarbonização de ativos existentes de coleta, processamento e transmissão de gás natural, e também está envolvido com tecnologias de transição energética, como hidrogênio, amônia, captura de carbono, gás natural renovável, recuperação de calor residual e energia solar em escala de serviços públicos.

Ele observou que combustíveis à base de hidrogênio, como amônia e metanol, têm vantagens sobre outras formas de redução de carbono, como a captura de carbono ou a tecnologia de propulsão elétrica.

Ele também falou sobre o recente teste de campo realizado no Wyoming com um motor alternativo Cooper 6V-250 já consagrado. Foram adicionadas diversas porcentagens de hidrogênio — até 30% — ao combustível do motor para avaliar os efeitos na emissão de óxido nitroso, dióxido de carbono, metano, NOx e outros poluentes.

Com o torque do motor em 100%, uma mistura de 30% de hidrogênio reduziu o óxido nitroso em quase 25% em comparação com o gás natural puro e em aproximadamente 12% do metano. O único poluente que aumentou durante os testes foi o NOx. Mas Saletsky afirmou que o NOx pode ser reduzido sem modificações no motor, tornando a mistura ar/combustível ainda mais pobre, porém apenas até certo ponto.

Os demais palestrantes da cúpula abordaram uma ampla gama de tópicos relacionados ao hidrogênio e seus impactos nas tecnologias utilizadas na compressão de gás. Com a expectativa de que o hidrogênio desempenhe um papel crucial na matriz energética futura, este é um evento imperdível para todos os envolvidos, em qualquer nível, na indústria de compressão de gás.

Tipos de compressores

Peter Roth, diretor de produtos PPI da Sundyne, falou sobre os pontos fortes e fracos de diferentes tipos de compressores quando se trata de hidrogênio. Por exemplo, os compressores centrífugos podem lidar com fluxos de gás muito grandes e são adequados para aplicações em gasodutos, recirculação e secagem, mas uma desvantagem é que possuem taxas de compressão moderadas. Os compressores de diafragma não vazam hidrogênio para a atmosfera, mas não são viáveis para fluxos maiores. Os compressores alternativos podem lidar com fluxos de gás maiores, mas a contaminação do gás pelos pistões lubrificados a óleo é possível.

Além da Sundyne, ele trabalhou com a Siemens Energy, a Rolls Royce Energy Systems e a MAN Turbo & Diesel.

A palestra principal da tarde foi proferida por Jacob Saletsky, um engenheiro que apoia o grupo New Energy Ventures da Williams em Tulsa, Oklahoma.

Marybeth McBain, engenheira de vendas sênior do Elliott Group , falou sobre os potenciais impactos na infraestrutura de gasodutos e sistemas de abastecimento para atender à demanda por produção, transporte e armazenamento de hidrogênio. Um dos fatores é a necessidade de um fluxo volumétrico maior de hidrogênio para obter o equivalente energético do gás natural. Isso pode afetar o número de estações de compressão necessárias ou, pelo menos, a energia necessária para movimentar o maior volume de gás.

Em geral, os requisitos de compressão do hidrogênio são semelhantes desde a produção até o transporte, exigindo unidades de reforço, compressores para transporte por gasoduto, compressão para armazenamento e, possivelmente, bombas ou compressores em postos de abastecimento.

Em sua função atual, McBain é responsável pelo mercado de produtos de engenharia na América do Norte e do Sul, incluindo compressores de GNL, transporte por dutos, compressores para refinarias/downstream e aplicações de hidrogênio e CO2 .

Burak Bekisli e Paul Modern discutiram os desafios associados à compressão recíproca de hidrogênio em alta pressão e sem lubrificação. Bekisli é diretor de engenharia de materiais na Dover Precision Components e Modern é engenheiro-chefe de válvulas e produtos de controle de fluxo na Cook Compression. A apresentação abordou alguns dos desafios relacionados à compressão de hidrogênio e ilustrou maneiras de solucionar esses problemas por meio de estudos de caso.

O mercado de hidrogênio está em constante evolução, impulsionado principalmente pelas metas de descarbonização. Muitos consideram o hidrogênio um excelente vetor energético e meio de armazenamento.

Novas aplicações para compressão alternativa incluem armazenamento e transporte, reabastecimento e dutos. O hidrogênio, como mencionado, é inerentemente difícil de selar e, para minimizar possíveis vazamentos, o acabamento e as tolerâncias são críticos.

Eles também analisaram em detalhes as limitações dos materiais à base de PTFE em aplicações com hidrogênio, observando que são menos aplicáveis em pressões elevadas.

Testes de campo

Uma apresentação de Jordan Smith e Hans Mathews, da Cooper Machinery Services, destacou os experimentos da empresa com o uso de hidrogênio em seus motores a gás e os testes de campo de um motor integral de grande diâmetro e baixa rotação, funcionando com uma mistura de combustível de 30% de hidrogênio.

Eles observaram que o hidrogênio tem uma velocidade de chama rápida — aproximadamente 10 vezes maior que a do metano — o que exige um atraso no tempo de ignição para evitar a detonação.

A empresa realizou um teste de campo com a distribuidora de gás Southern Star em um motor-compressor integrado Cooper-Bessemer GMVH-12. Os testes até o momento foram considerados bem-sucedidos, e o motor de dois tempos de grande diâmetro, sem modificações, é capaz de lidar com aproximadamente 30% de hidrogênio em volume.

Eles também descobriram que mesmo pequenas quantidades de hidrogênio adicionadas à mistura de combustível podem reduzir as emissões. Constataram que o hidrogênio atua como um fator de redução de CO na proporção de 2:1 e na proporção de 1,5:1 na redução de metano. A adição de hidrogênio também melhorou a taxa de aquecimento do motor e a qualidade da combustão.

Como ponto negativo, o aumento na emissão de NOx exige uma estratégia de mitigação, visto que a redução de dióxido de carbono é inferior a 1:1 em relação à redução de carbono. Além disso, o fluxo de combustível aumenta conforme o consumo de hidrogênio aumenta.

Mathews ingressou no setor de gasodutos e compressão em 1991 na Tenneco, onde trabalhou por nove anos nas áreas de engenharia, manutenção e análise, antes de se juntar à Hoerbiger em 2000. Lá, tornou-se vice-presidente sênior e gerente geral da equipe de Serviços de Engenharia (HES). A HES foi adquirida pela Cooper em 2020 .

Smith é vice-presidente de sustentabilidade e tecnologias emergentes na Cooper Machinery Services. Ele é um veterano com 20 anos de experiência na indústria de compressão, especializado no projeto de tecnologias de redução de emissões para grandes motores de geração de energia e compressão de gás enquanto trabalhava na Cameron Inc. Ele ocupou cargos de engenharia e gestão de vendas e obteve sua certificação de engenheiro (PE) no Colorado.

Joel Sanford, especialista sênior do Grupo de Tecnologia e Inovação da Siemens Energy, conversou com Steve Chaykosky, especialista sênior do Grupo de Engenharia de Compressores Alternativos da Siemens Energy.

Os dois discutiram o desempenho das válvulas, um elemento fundamental para a confiabilidade e eficiência dos compressores alternativos. Observaram que, embora o hidrogênio esteja apenas começando a ganhar destaque em alguns mercados, o gás já é utilizado há décadas em diversos setores industriais. As válvulas Magnum da Siemens foram aplicadas pela primeira vez em aplicações com hidrogênio em 1997 e são projetadas para suportar altas pressões diferenciais e de descarga, podendo ser utilizadas em todos os estágios de compressão.

Eles apresentaram um estudo de caso sobre os compressores de hidrogênio de uma refinaria americana. Entre 2000 e 2002, a frota de 21 compressores da refinaria (com 50 cilindros em operação contínua) apresentou uma média de 16 falhas de válvulas por ano. Para evitar paradas não programadas, a empresa simplesmente designava uma equipe de mecânicos para trocar as válvulas a cada três ou quatro semanas.

Utilizando a mesma frota de compressores, a refinaria instalou válvulas Magnum em 2003, e a maioria dos cilindros foi equipada com essas válvulas até 2007. O número de falhas nas válvulas caiu para uma média de duas por ano.

Impacto do IRA

Após as apresentações técnicas, os participantes assistiram a um painel de discussão intitulado "A transformação da nossa infraestrutura energética". Participaram Noureen Faizee, diretora de estratégia e crescimento – hidrogênio na Worley; Luiz Soriano, gerente de vendas e desenvolvimento de negócios na Siemens Energy; e Patrick McCalley, gerente de vendas e produtos para a economia do hidrogênio nas Américas, do NEA Group.

Os participantes do painel discutiram os efeitos da Lei de Redução da Inflação sobre os investimentos de capital em energias alternativas e o que isso pode significar para a compressão de hidrogênio. A Lei de Redução da Inflação oferece um crédito tributário para a produção de hidrogênio , conhecido como crédito tributário "45V", que subsidia tanto o investimento na produção de hidrogênio limpo quanto a própria produção de hidrogênio. O valor do crédito 45V aumenta à medida que as emissões do ciclo de vida associadas à produção de hidrogênio diminuem.

A curto prazo, o aumento do crédito fiscal para captura e sequestro de carbono, um crédito conhecido como “45Q”, também pode ter um grande impacto na redução das emissões associadas à produção de hidrogênio. Alguns sugerem que os créditos fiscais do IRA já são suficientes para tornar a produção de hidrogênio a partir de gás natural com captura e sequestro de carbono competitiva com a produção atual de hidrogênio sem captura e sequestro de carbono.

A COMPRESSORTech2 planeja realizar outra Cúpula do Hidrogênio , provavelmente na região de Houston, em abril de 2024.