O gás hidrogênio vem se consolidando como um dos principais vetores energéticos para a descarbonização de processos químicos e térmicos. Embora as rotas de produção de H₂ com baixa emissão de carbono estejam evoluindo, a produção de H₂ a partir de combustíveis fósseis permanece predominante. Ainda assim, a urgência climática e a transição energética exigem a ampliação da oferta de H₂ por rotas de menor impacto ambiental e que sejam competitivas frente às alternativas fósseis.
Nesse cenário, as rotas de reforma catalítica de combustíveis renováveis, especialmente quando combinadas à integração térmica e à captura de CO₂, tendem a ganhar espaço de mercado e incentivos dado o menor impacto ambiental atrelado a elas.
O que é a Reforma Catalítica?
No contexto do H₂, a tecnologia de “reforma” se refere a processos que convertem a matéria-prima, comumente combustíveis, em uma mistura de produtos contendo H₂. Essa matéria-prima pode ser gás natural, biogás, etanol, diesel, nafta, entre outros. Nesse processo, o combustível reage na presença de calor e agentes oxidantes, com o apoio de catalisadores, para produzir H₂ e outros gases como CO e CO₂. Em seguida, o H₂ é purificado até atingir as especificações requeridas pela aplicação objetivo.
Rotas de Reforma Catalítica de combustíveis fósseis
– Reforma a vapor do metano (SMR – Steam Methane Reforming)
A SMR é a principal rota de reforma utilizada industrialmente, correspondendo a cerca de dois terços da produção mundial de H₂, devido ao seu maior grau de desenvolvimento tecnológico (TRL = 9), altos rendimentos de H₂ e menor custo nivelado do hidrogênio (LCOH) (1). Nessa rota, o metano usualmente proveniente do gás natural reage com o vapor d’água em altas temperaturas para formar um gás de síntese (H₂ + CO) com razão H₂:CO próxima a 3. Entretanto, o processo demanda grande quantidade de vapor, implicando custo energético elevado, e de calor, impactando nas emissões de carbono (2).
Do ponto de vista de emissões, quando não utilizados processos de captura de carbono, tem-se a emissão em torno de 10 kg de CO₂ equivalente por kg de H₂ produzido, a depender do metano fugitivo e da eficiência do processo. Com tecnologias de captura de carbono, a emissão de CO₂ equivalente pode alcançar entre 2 e 4 kg de H₂ (3). Por outro lado, a captura tende a aumentar o CAPEX do processo, pois exige um maior número de equipamentos.
– Reforma autotérmica (ATR – Autothermal Reforming)
A ATR combina oxigênio, vapor d’água e metano para a produção de H₂ e outros componentes, integrando diversas reações químicas, incluindo a oxidação parcial do metano, que fornece calor ao sistema reacional e simplifica a integração energética do processo (4).
Apesar de sua ampla maturidade tecnológica (TRL = 9), a rota exige unidades de separação de ar para fornecimento de oxigênio, aumentando a complexidade e o consumo energético associado.
Rotas de Reforma Catalítica de combustíveis renováveis
– Reforma a seco do metano (DRM – Dry Reforming of Methane)
A DRM converte metano e CO₂ em gás de síntese, sendo especialmente atrativa para valorização do biogás, um recurso com potencial de produção no Brasil devido à forte base agroindustrial e à elevada geração de resíduos orgânicos (5), permitindo transformar dois gases de efeito estufa (CH₄ e CO₂) em um gás de síntese que pode ser utilizado na produção de metanol e de combustíveis sintéticos.
Apesar de suas vantagens ambientais, a DRM apresenta elevado desafio térmico e maior propensão à formação de coque, além de menor rendimento de H₂, se comparada às rotas convencionais (SMR e ATR), produzindo gás de síntese com razão molar H₂:CO ≈ 1. Em termos de maturidade tecnológica, a DRM é uma rota de TRL intermediário.
O biogás (tipicamente 50-70% CH₄ e 30-50% CO₂), quando purificado até altos teores de metano (CH₄ ≥ 90%) e atende a outras especificações de qualidade, passa a ser denominado biometano, podendo ser aplicado às rotas convencionais que utilizam o gás natural, como SMR e a ATR (7). No entanto, essa etapa tende a encarecer o sistema e gera uma corrente residual rica em CO₂ que exige destinação adequada.
– Bioreforma do metano (BRM – Bi-reforming of Methane)
A BRM combina vapor d’água e CO₂ como agentes oxidantes para a formação de gás síntese, permitindo flexibilidade de ajuste da razão H₂:CO do gás produzido (8). É uma rota promissora, porém ainda em desenvolvimento, com aplicações em pequena escala e necessidade de catalisadores à base de metais nobres para mitigar a desativação por deposição de coque (9).
– Reforma a vapor do etanol (ESR – Ethanol Steam Reforming)
A ESR converte o etanol e vapor d’água em uma mistura gasosa rica em H₂. Oferece a vantagem logística de operar com um combustível líquido, facilitando armazenamento e distribuição (10). O maior desafio desse processo está relacionado às condições operacionais e aos catalisadores envolvidos. Essa rota apresenta TRL intermediário (TRL = 6-7), e demonstra viabilidade dependente da oferta de etanol.
Comparação entre as rotas de reforma
Não existe configuração padrão para as plantas de reforma. O fluxograma do processo é moldado pelo objetivo de produção (H₂ ou gás de síntese), escala, unidades disponíveis e metas de emissão. Em geral, quando o objetivo é maximizar a produção de H₂, as rotas de reforma incorporam reatores de reação de deslocamento gás-água (WGS – Water Gas Shift), para converter CO em H₂ e CO₂. Além disso, as tecnologias de purificação de H₂ mais implementadas são: absorção com monoetanoamina (MEA), ciclos de adsorção por oscilação de pressão (PSA), e as membranas seletivas. As tecnologias de armazenamento do H₂ produzido são dependentes da distância e da aplicação do consumo final. As diversas rotas de reforma catalítica apresentam suas vantagens e desvantagens (Tabela 1). Em geral, a seleção das rotas depende de quatro fatores: objetivo da aplicação do H₂, disponibilidade da matéria-prima, infraestrutura local, e metas de emissão. O equilíbrio entre esses aspectos exige estudos de viabilidade técnico-econômica e análise integrada de processos.
Tabela 1. Comparação entre as rotas de reforma catalítica
| Rota de Reforma | TRL | Vantagens | Desvantagens | Referências |
| Reforma a vapor (SMR) | 9 | – Menor LCOH; – Tecnologia bem estabelecida; – Expressivo número de bases instaladas. | – Elevada demanda de calor e vapor; – Uso de gás natural como combustível; – Emissões elevadas se realizada sem captura de carbono (CCUS). | ( 11, 12 ) |
| Reforma autotérmica (ATR) | 9 | – Integração térmica facilitada; – Menor consumo energético. | – Requer fornecimento de O2; – Exige controle operacional fino; – Segurança de processo envolvendo O2. | ( 12 ) |
| Reforma a seco do metano (DMR) | 4 – 6 | – Conversão de CO2; – Valorização do biogás; – Rota de baixa emissão; – Matéria prima renovável. | – Exige alto fornecimento de calor; – Alta propensão a formação de coque; – Tecnologia ainda em desenvolvimento; – Menor rendimento de H2. | ( 13 ) |
| Reforma a vapor do etanol (ESR) | 6 – 7 | – Combustível líquido com logística facilitada; – Rota de baixa emissão; – Matéria prima renovável. | – Dependência do custo do etanol; – Menor maturidade tecnológica; – Exige alto fornecimento de calor. | ( 14 ) |
| Bi-reforma do metano (BRM) | 4 – 6 | – Flexibilidade da razão de gás de síntese (H2:CO); – Valorização do biogás; – Permite conversão do CO2. | – Menor maturidade tecnológica; – Catalisadores a base de metais nobres; – Controle fino das variáveis operacionais; | ( 9 ) |
Fonte: Leonardo Galuppo
O papel da Protium Dynamics
A Protium Dynamics é comprometida com o desenvolvimento do futuro do hidrogênio, e acredita que a produção de H₂ pelas rotas de reforma catalítica representa uma importante rota dentro do cenário de descarbonização a curto e médio prazos, como complemento ao fornecimento de H₂ de baixo carbono.
Com esse entendimento, apoiamos desde o diagnóstico inicial, comparações de rotas para produção de hidrogênio, modelagem e integração de processos, contemplando o balanço da planta, avaliação de riscos, avaliações econômicas, e um roadmap de implantação alinhado aos objetivos definidos para seus projetos.
Se você deseja iniciar projetos de produção de hidrogênio de baixo carbono ou está com um projeto em andamento e deseja avançar com segurança, planejamento e entender qual rota de produção de H₂ é viável ao seu cenário, estamos abertos para lhe ajudar a transformar seu caso em um projeto de hidrogênio de baixo carbono competitivo e viável.
Referências:
[1] EPE. Empresa de Pesquisa Energética – NOTA TÉCNICA EPE/DPG/SPG/01/2022. 2022.
[2] SZABLOWSKI, L.; WOJCIK, M.; DYBINSKI, O. Review of steam methane reforming as a method of hydrogen production. EnergyElsevier Ltd, , 1 fev. 2025.
[3] IEAGHG;SILVIAN BALTAC; MATT WILSON; CONOR O’SULLIVAN; COR LEGUIJT; MART BEEFTINK; ISABEL NIEUWENHUIJSE; ANTONIA MATTOS; DIEDERIK JASPERS; CHRIS JONGSMA; KEITH BURNARD; MÓNICA GARCÍA AND ABDUL’AZIZ A. ALIYU;PHILIP COHEN (BEIS); GUIDO COLLODI (WOOD); PAUL F. Low-Carbon Hydrogen from Natural Gas: Global Roadmap IEAGHG. Technical Report, n. 2022– 07, 2022.
[4] HOLLADAY, J. D. et al. An overview of hydrogen production technologies. Catalysis Today, v. 139, n. 4, p. 244–260, 2009.
[5] BERHORST, N. et al. Panorama do Biogás 2024. [s.l: s.n.].
[6] AGÚN, B.; ABÁNADES, A. Comprehensive review on dry reforming of methane: Challenges and potential for greenhouse gas mitigation. International Journal of Hydrogen Energy, v. 103, p. 395–414, 17 fev. 2025.
[7] ANTONINI, C. et al. Hydrogen production from natural gas and biomethane with carbon capture and storage – A techno-environmental analysis. Sustainable Energy and Fuels, v. 4, n. 6, p. 2967–2986, 2020.
[8] ROUHANDEH, H.; BEHROOZSARAND, A. Simulation and optimization of methanol production process via bi-reforming of methane: A novel genetic algorithm-based approach in Python. International Journal of Hydrogen Energy, v. 101, n. December 2024, p. 1161–1171, 2025.
[9] CHAN, Y. H. et al. Advances in bi-reforming of methane: Syngas production for low-carbon energy solutions. Chemical Engineering Journal, v. 505, n. October 2024, p. 159660, 2025.
[10] FENG, X. et al. A mini review on recent progress of steam reforming of ethanol. RSC Advances, v. 13, n. 34, p. 23991–24002, 2023.
[11] ROSA, L.; MAZZOTTI, M. Potential for hydrogen production from sustainable biomass with carbon capture and storage. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 157, p. 112123, 2022.
[12] TECHNOLOGIES, C. et al. Component Design Report: Representing Hydrogen in the National Energy Modeling System. 2022.
[13] JARVIS, S. M.; SAMSATLI, S. Technologies and infrastructures underpinning future CO2 value chains: A comprehensive review and comparative analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 85, n. October 2017, p. 46–68, 2018.
[14] HENNIG, C. Synergies of renewable hydrogen and biobased value chains deployment. [s.l: s.n.].
Sobre o autor
Leonardo Galuppo Dalazem é graduando em Engenharia Química (UNIOESTE) e integra a equipe de P&D da Protium Dynamics, atuando com simulação de processos voltada à produção de hidrogênio de baixo carbono.
