Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4475| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Integrated assessment of hydrogen production and use in Brazil: environmental performance, economic feasibility and social benefits |
| Autor(es): | SILVA, Douglas Peterson Munis da |
| Primeiro Orientador: | CAPAZ, Rafael Silva |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | VASSALLO, Moisés Diniz |
| metadata.dc.contributor.referee1: | CAPAZ, Rafael Silva |
| metadata.dc.contributor.referee2: | CAVALIERO, Carla Kazue Nakao |
| metadata.dc.contributor.referee3: | NOGUEIRA, Luiz Augusto Horta |
| metadata.dc.contributor.referee4: | VASSALO, Moisés Diniz |
| Resumo: | Este trabalho apresenta uma avaliação integrada da produção e uso de hidrogênio (H₂) no Brasil, abordando simultaneamente o desempenho ambiental, a viabilidade econômica e os benefícios socioeconômicos. A metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi aplicada sob a perspectiva “do berço ao portão” para comparar sete rotas de produção de H₂: eletrólise da água alimentada por energia eólica, energia fotovoltaica e pela rede elétrica brasileira; e reforma a vapor de gás natural, etanol de cana-de-açúcar, etanol de milho e biometano de aterros sanitários. Três indicadores ambientais foram avaliados: Potencial de Aquecimento Global (GWP), Pegada de Escassez de Água (WSF) e Requisito de Energia Fóssil (FER). Os resultados revelaram uma ampla variação de impactos entre as rotas: o GWP variou entre 0,6 kg CO₂eq/kg H₂ e 39,1 kg CO₂eq/kg H₂, para eletrólise alimentada por energia eólica, e para a operação marginal da rede elétrica brasileira (baseada exclusivamente em gás natural), respectivamente. O WSF variou de 0,4 para a rota baseada em gás natural até 60,9 m³ H₂Oeq/kg H₂ para a rota de eletrólise fotovoltaica com armazenamento em baterias. Essa diferença indica que rotas renováveis, quando acopladas a sistemas de baterias na produção de H₂, podem também ser intensivas em uso de água. O FER demonstrou que mesmo nas rotas renováveis ainda existe uma dependência indireta de combustíveis fósseis, principalmente associada à fabricação de equipamentos. O menor GWP foi avaliado para o H₂ derivado de eletricidade eólica e fotovoltaica; entretanto, a análise dos indicadores ambientais normalizados mostrou que o biometano e a eletrólise alimentada por energia eólica apresentaram o melhor desempenho global, seguidos pela reforma a vapor do etanol de cana-de-açúcar. Em relação ao uso do hidrogênio, este trabalho avaliou os potenciais efeitos macroeconômicos derivados da amônia (NH₃) produzida utilizando eletricidade eólica e fotovoltaica. A NH₃ é uma alternativa viável para o armazenamento e transporte de H₂, além de ser um insumo importante como fertilizante para a agricultura. Contudo, mesmo com a disponibilidade de energia renovável no Brasil para produzir NH₃, o país ainda depende fortemente da importação de NH₃. Assim, sob a perspectiva econômica, foram estimados os custos nivelados do H2 eletrolítico (LCOH) e de da NH₃ (LCOA). O LCOH variou de 3,30 a 6,94 USD/kg H₂ e o LCOA de 778,2 a 1.908,0 USD/t NH₃, dependendo da fonte de eletricidade. Para a NH₃, os custos projetados permanecem cerca de 62% superiores ao da NH₃ fóssil NH₃, reforçando a necessidade de políticas de incentivo. No que se refere aos aspectos socioeconômicos, os resultados mostraram que uma cadeia nacional de valor de H₂ e NH₃ de baixo carbono poderia resultar em impactos negativos, sugerindo que a transição energética deve ser financiada por um conjunto diversificado de instrumentos, como precificação de carbono, tarifas sobre produtos fósseis e incentivos à produção nacional de eletrolisadores e painéis fotovoltaicos. Conclui-se que o Brasil possui alto potencial técnico para se tornar um player relevante no mercado global de H₂ e NH₃ de baixo carbono, mas enfrenta desafios estruturais para consolidar uma indústria competitiva. A localização parcial da cadeia de suprimentos pode reduzir custos, aumentar os benefícios socioeconômicos e alinhar o país às metas de descarbonização. Esta pesquisa reforça a necessidade de uma estratégia nacional integrada, combinando políticas industriais, energéticas e agrícolas para viabilizar a transição para uma economia de baixo carbono baseada no H₂ de baixo carbono. |
| Abstract: | This work presents an integrated assessment of hydrogen (H₂) production and use in Brazil, simultaneously addressing environmental performance, economic feasibility, and socioeconomic benefits. The Life Cycle Assessment (LCA) tool was applied from a “cradle-to-gate” perspective to compare seven H₂ production pathways: water electrolysis powered by wind energy, photovoltaic energy, and the Brazilian power grid; and steam reforming of natural gas, sugarcane ethanol, corn ethanol, and landfill biomethane. Three environmental indicators were evaluated: Global Warming Potential (GWP), Water Scarcity Footprint (WSF), and Fossil Energy Ratio (FER). The results revealed a wide range of impacts across the pathways: GWP varied between 0.6 kg CO₂eq/kg H₂ and 39.1 kg CO₂eq/kg H₂, for electrolysis powered by wind, and the Brazilian power grid for the marginal operation (solely based on natural gas), respectively. WSF ranged from 0.4 for the natural gas-based pathway to 60.9 m³ H₂Oeq/kg H₂ for the photovoltaic-based electrolysis route with battery storage. This variation indicates that renewable-based routes, when battery systems are coupled in H₂ production, can also be water-intensive. FER showed that even renewable routes still have an indirect dependence on fossil fuels, mainly associated with equipment manufacturing. The lowest GWP was evaluated for H₂ derived from wind and PV electricity, however, the analysis of the environmental normalized indicators showed that biomethane and wind-powered electrolysis presented the best overall performance, followed by the steam reforming of sugarcane ethanol. Regarding the use of H2, this work evaluated the potential macroeconomic effects derived from ammonia (NH₃) produced using wind and PV electricity. NH₃ is a feasible alternative for storing and transporting H₂ and, also, it is an important input as fertilizer for agricultural. However, even though the renewable energy availability in Brazil for producing NH₃, it still has a strong dependence on imports of NH₃. In this way, from an economic perspective, the levelized cost of electrolytic H2 (LCOH) and its derivative NH₃ (LCOA) were estimated. LCOH range from 3.30 to 6.94 USD/kg H₂ and LCOA varied between 778.2 to 1,908 USD/t NH₃, depending on the electricity source. For NH₃, projected costs remain around 62% higher than fossil-based NH₃, reinforcing the need for incentive policies. Regarding socioeconomic aspects, the results showed that a domestic low-carbon H₂ and NH₃ value chain could result into negative economic effects, suggesting that the energy transition should be financed through a diversified set of instruments, such as carbon pricing, tariffs on fossil products, and incentives for domestic production of electrolyzers and photovoltaic panels. It is concluded that Brazil has high technical potential to become a relevant player in the global low-carbon H₂ and NH₃ market but faces structural challenges to consolidating a competitive industry. Partial localization of the supply chain can reduce costs, increase socioeconomic benefits, and align the country with decarbonization targets. This research underscores the need for an integrated national strategy combining industrial, energy, and agricultural policies to enable the transition to a low-carbon economy based on low-carbon H₂. |
| Palavras-chave: | Hidrogênio Descarbonização Escassez hídrica Balanço energético Insumo-produto |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA |
| Idioma: | eng |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
| Sigla da Instituição: | UNIFEI |
| metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia |
| Citação: | SILVA, Douglas Peterson Munis da. Integrated assessment of hydrogen production and use in Brazil: environmental performance, economic feasibility and social benefits. 2025. 165 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4475 |
| Data do documento: | 31-Out-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Dissertação_2026109.pdf | 3,38 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.
