Hidrogenul reprezintă revoluţia viitorului în sectorul energetic, iar România trebuie să valorifice la maximum toate oportunităţile puse la dispoziţie de planurile şi instrumentele de finanţare ale Uniunii Europene în acest sens, afirmă, tot mai des, specialiştii dn domeniu. Companii importante din sectorul energiei, atât la nivel global, cât şi din ţara noastră, şi-au propus să investească în proiecte bazate pe hidrogen.
În acest context, noi tehnologii, noi instituţii şi noi strategii sunt în curs de elaborare şi aplicare, mai întâi în faza pilot, apoi în cea de masă, în ţările membre UE, printre care se află şi România. Cu siguranţă, competiţia este foarte mare şi cine va folosi căile enunţate şi exemplificate mai jos, va avea un rol de jucat în noua arhitectură ştiinţifică şi ecologică mondială.
• Alianţa Europeană pentru Hidrogen Curat
În septembrie 2018, România a semnat "Iniţiativa hidrogenului", lansată de Austria; pentru a contribui la realizarea acestei strategii, Comisia Europeană a lansat tot pe 8 iulie 2020, Alianţa Europeană pentru Hidrogenul Curat, împreună cu lideri din industrie, societatea civilă, miniştri ai ţărilor membre şi cu implicarea Băncii Europene de Investiţii. Alianţa va elabora cadrul investiţional pentru producţia pe scară largă a hidrogenului şi va sprijini cererea de hidrogen curat în UE.
"Cu 75% din emisiile de gaze cu efect de seră din UE provenite din producerea de energie, avem nevoie de o schimbare de paradigmă pentru a atinge obiectivele noastre din 2030 şi 2050. Sistemul energetic al UE trebuie să devină mai bine integrat, mai flexibil şi capabil să găzduiască cele mai curate şi eficiente soluţii din punct de vedere al costurilor; hidrogenul va juca un rol esenţial în acest sens, întrucât scăderea preţurilor la energia regenerabilă şi inovaţia continuă fac din aceasta o soluţie viabilă pentru o economie cu climă neutră", a declarat comisarul european pentru energie, Kadri Simson.
• Bateria pe bază de nichel şi fier - o posibilă sursă curată de hidrogen
Descoperită înainte de 1900, bateria cu nichel şi fier a fost considerată periculoasă din cauză că degaja hidrogen în procesul de încărcare (https://www.forbes.ro/bateria-pe-baza-de-nichel-si-fier-o-posibila-sursa-curata-de-hidrogen-204907): astăzi, exact acesta este motivul care ar putea să-i redea utilitatea.
La începutul anilor 1900, inventatorul american Thomas Edison se plimba mândru în maşina sa electrică, dotată cu o baterie cu nichel şi fier. Edison folosea descoperirea inventatorului elveţian Ernst Waldemar Jungner, pe care spera să o îmbunătăţească pentru a o pune la treabă pe automobilele vremii. Bateria lui Jungner ţinea mai mult decât contemporanele pe bază de acid şi se încărca de două ori mai repede decât acestea; Edison reuşise chiar să încheie un parteneriat cu Ford Motors pentru a produce un automobil electric care să funcţioneze cu această baterie.
Însă bateria cu nichel şi fier avea câteva neajunsuri: era mai mare şi mai scumpă decât celelalte şi, cel mai deranjant, degaja hidrogen în Timp ce se încărca. Cum Edison nu a reuşit să obţină în Timp util un prototip de baterie mai eficientă, automobilul electric a fost tras pe dreapta de maşinile cu combustibili fosili, care parcurgeau distanţe mai mari între două alimentări.
O sută de ani mai târziu, o echipă de ingineri de la Institutul de Tehnologie Delft din Olanda a redescoperit bateria cu nichel şi fier. Acum aceasta este analizată ca o posibilă sursă de energie regenerabilă, iar hidrogenul - considerat atunci periculos - ar putea fi astăzi cel mai util produs oferit de aceste baterii.
Olandezii au sesizat anumite similarităţi cu electroliza în reacţiile care au loc în procesul de încărcare a bateriei nichel-fier: deşi ştiau că în Timpul încărcării se degajă hidrogen, savanţii au fost surprinşi că bateria era şi mai eficientă dacă era folosită ca electrolizor; mai mult, electrozii rezistau mult mai bine la procesul de electroliză, care poate scurta considerabil durata de viaţă a bateriilor convenţionale, iar eficienţa energetică se ridica la 80-90%.
Olandezii şi-au botezat creaţia battolyser (batolizor) şi speră ca descoperirea lor să rezolve două probleme importante: stocarea de energie şi, când bateriile sunt pline, producţia de combustibil curat.
Unul dintre marile neajunsuri ale surselor de energie alternativă (solară sau eoliană) este inconstanţa şi impredictibilitatea lor. Bateriile convenţionale, cum sunt cele pe bază de litiu, pot stoca energie pe termen scurt, însă când sunt complet încărcate se pot încălzi şi degrada: batolizorul olandezilor rămâne stabil când este complet încărcat, punct de la care poate începe să producă hidrogen.
Un alt avantaj este că bateriile pe bază de fier şi nichel sunt mai rezistente la subîncărcare şi supraîncărcare comparativ cu alte baterii. În plus, au nevoie de un minim de întreţinere şi sunt foarte rezistente - unele funcţionează şi 40 de ani. Nu în ultimul rând, metalele folosite pentru fabricarea lor, fierul şi nichelul, sunt mai accesibile decât cobaltul, utilizat la bateriile convenţionale - ceea ce deschide o nouă oportunitate pentru batolizor, aceea de a face energia regenerabilă mai profitabilă. Preţul energiei regenerabile fluctuează după cerere şi ofertă - excesul de energie sau lipsa ei pot duce la scăderea sau creşterea bruscă a preţului, iar batolizorul ar putea atenua aceste extreme.
În februarie 2021, cel mai mare batolizor în funcţiune avea o capacitate de 15 kW şi putea susţine cu energie două gospodării. O versiune de capacitate dublă se afla în lucru la o fabrică din Eemshaven (Olanda). Susţinătorii ideii spun că un batolizor cu putere de ordinul gigawaţilor ar putea furniza energia pe care acum o obţinem de la 400 de turbine eoliene, dar există utilitate şi pentru cele de dimensiuni mai mici - de exemplu, în comunităţile izolate, care nu pot fi conectate la reţeaua electrică convenţională.
• Carta Hidrogenului Regenerabil
Coaliţia europeană pentru Hidrogen Regenerabil (RHC) a câştigat sprijinul celor mai inovatoare şi ambiţioase companii din întregul lanţ energetic şi a lansat "Carta politicilor" pentru integrarea hidrogenului regenerabil în Europa şi pentru a plasa continentul în fruntea cursei mondiale pentru soluţii ecologice . HC a fost lansată în noiembrie 2020, iar documentul de politici este semnat de 21 de companii de frunte în inovarea în domeniul energetic, printre care se numără giganţi energetici europeni precum Enel, Iberdrola, Siemens Gamesa şi RWE. Carta politică a RHC stabileşte fundamentele politice esenţiale pentru a permite extinderea şi absorbţia pe piaţă a hidrogenului regenerabil produs prin electroliză şi electricitate regenerabilă.
• Priorităţile Cartei hidrogenului regenerabil
-Realizarea de capacităţi suplimentare de producere a surselor regenerabile de energie în întreaga Europă, ca premisă a unei industrii înfloritoare a hidrogenului regenerabil;
-Investiţii mai eficiente în infrastructura regenerabilă de hidrogen pentru a evita cheltuirea banilor contribuabililor UE în active blocate;
-Introducerea mecanismelor de sprijin care să permită absorbţia competitivă a hidrogenului regenerabil şi a combustibililor sintetici (e-fuels), derivaţi în sectoarele greu electrificabile;
-Intensificarea sprijinului pentru cercetare, inovare pentru a dezvolta următoarea generaţie de tehnologii de hidrogen regenerabil;
-Definirea clară, consecventă şi transparentă la nivelul UE a hidrogenului regenerabil;
-Asigurarea condiţiilor de concurenţă echitabile între transportatorii de energie, în special prin intermediul regulilor de impozitare;
Coaliţia pentru Hidrogen Regenerabil invită toate întreprinderile inovatoare şi ambiţioase care promovează idei asemănătoare, de la furnizori de energie şi tehnologie, start-up-uri, antreprenori şi până la participanţi din sectoarele relevante, angajate în atingerea neutralităţii climatice până în 2050, să semneze Carta politică şi să adere la Coaliţie pentru a construi industria hidrogenului regenerabil din Europa. În 2020, Comisia Europeană a lansat ambiţioasa Strategie privind hidrogenul (vezi mai jos în acest articol). Dar unele sectoare nu pot fi electrificate uşor şi pentru acestea hidrogenul regenerabil este veriga lipsă. "Energia eoliană reprezintă deja 16% din energia electrică a Europei; dar, Europa va avea nevoie de mai multe parcuri eoliene pentru a satisface cererea de energie electrică regenerabilă şi pentru a-şi îndeplini aspiraţiile de a fi lider mondial în tehnologia şi soluţiile de hidrogen regenerabil", a declarat Giles Dickson, CEO al WindEurope.
"Atingerea decarbonizării complete a Europei necesită hidrogen regenerabil pentru a completa electrificarea directă. Pentru a sprijini locurile de muncă şi hidrogenul pe bază de energie regenerabilă avem nevoie ca reţelele electrice din UE să fie mai puternice şi să existe proceduri de autorizare standardizate; acest lucru va permite Europei să-şi menţină titlul de lider mondial în această tehnologie a viitorului", crede şi Walburga Hemetsberger, CEO al SolarPower Europe.
Ann Mettler, vicepreşedinte pentru Europa la Breakthrough Energy, a adăugat: "Prin acordul asupra acestei carte politice, susţinătorii Coaliţiei pentru Hidrogen Regenerabil au arătat că sunt o forţă. Aceştia aduc o nouă voce antreprenorială în dezbaterile de politici din Uniunea Europeană într-un moment în care potenţialul hidrogenului regenerabil de a contribui la atingerea obiectivelor climatice ambiţioase ale blocului devine tot mai clar în fiecare zi. Este timpul ca factorii de decizie din UE să colaboreze cu această Coaliţie pentru a contribui la accelerarea dezvoltării şi extinderii unei industrii inovatoare, rezistente în viitor, care se află într-un moment crucial - acest lucru poate contribui la redresare, la reducerea emisiilor de carbon şi la crearea de locuri de muncă".
• Dirijabil cu cea mai mare celulă de combustibil cu hidrogen din lume
Co-fondatorul Google intenţionează să lanseze un dirijabil de salvare în caz de dezastre, care va fi alimentat de cea mai mare celulă mobilă de combustibil cu hidrogen din lume (https://www.forbes.ro/fondatorul-google-construieste-un-dirigibil-cu-cea-mai-mare-celula-de-combustibil-cu-hidrogen-din-lume). Miliardarul Sergey Brin a înfiinţat compania LTA pentru a cerceta creşterea capacităţilor dirijabilului modern. Cu sediul în Ohio, LTA lucrează la un sistem de propulsie cu hidrogen de 1,5 megawaţi.
Dirijabilele sunt ideale pentru ajutorul umanitar datorită capacităţii lor de a transporta sarcini utile mari pe distanţe lungi. De asemenea, dirijabilele pot ateriza în locuri mult mai convenabile decât avioanele, fiind capabile să parcurgă distanţe mai lungi folosind hidrogenul, faţă de sistemul pe baterii.
• Proiectul Halânga
Anunţul privind parteneriatul între Romgaz şi compania GSP Power pentru realizarea centralei de la Halânga, lângă municipiul Drobeta Turnu Severin, a fost făcut în septembrie 2020 (https://www.forbes.ro/ministrul-energiei-proiectul-pilot-al-centralei-pe-gaz-si-hidrogen-de-la-halanga-fost-acceptat-de-catre-comisia-europeana-212344?mc_cid=e84bd6ab41&mc_eid=bda0dfd26e).
Pe 24 aprilie 2021, proiectul-pilot al centralei pe gaz şi hidrogen de la Halânga a fost acceptat de către Comisia Europeană din punctul de vedere al conceptului: s-a achiziţionat terenul, iar acum se lucrează la studiul de fezabilitate. Au fost introduse în proiect - centrala de producere a gazului natural de 150 MW, 50 MW panouri fotovoltaice care vor produce hidrogen, iar acel hidrogen va fi reintrodus în centrală şi ars într-un amestec cu gaz natural producând o energie mai mare decât cea rezultată numai din arderea gazului natural şi mai curată.
Proiectul pilot Halânga a fost trimis Comisiei Europene şi a fost acceptat ca un concept de producere a energiei electrice pe bază de gaz mult mai curat decât în mod normal. Proiectul pilot de la Halânga "va fi replicat la nivel internaţional... A fost o gândire a noastră iniţială şi, când am prezentat-o la Bruxelles, au rămas foarte plăcut surprinşi" a declarat ministrul român al Energiei, Virgil Popescu.
• Proiectul Haru Oni
Prin normele cunoscute ca Euro 7, pragurile maxime de emisii sunt reduse drastic, de câteva ori, până la 100 mg CO2/ kilometru, 10 mg oxizi de azot (de la 60 - 80 mg, în funcţie de motorizarea pe benzină sau motorină), începând din 2025 (https://cursdeguvernare.ro/industria-auto-lucreaza-la-carburanti-sintetici-si-hibridizare-sub-biciul-legislatiei-europene.html). Industria auto a reacţionat vehement: normele Euro 7 înseamnă interdicţia mascată a motoarelor cu ardere internă.
Cam în acelaşi timp în care Comisia Europeană pregătea noile norme Euro 7, Porsche & Co alesese deja, pentru proiectul Haru Oni, provincia chiliană Magallanes, pentru că acolo condiţiile eoliene sunt "excelente" pentru a produce electricitatea necesară obţinerii hidrogenului prin electroliză. Iar hidrogenul să fie folosit mai departe pentru producţia de metanol prin reacţia cu CO2 şi, apoi, metanolul - la obţinerea carburanţilor sintetici (eFuels) (subl.ns.). Numai planurile Porsche şi ale partenerilor săi ţintesc producerea a 130.000 de litri de eFuels în 2022, creşterea capacităţii până la 55 de milioane de litri anual până în 2024 şi de 10 ori mai mult în 2026.
Se poate calcula cât CO2 se retrimite în atmosferă prin arderea carburanţilor sintetici obţinuţi cu CO2 absorbit din aer: nu se mai emit oxizi de azot şi nici alte noxe şi este recirculat CO2 în natură. Devenită realitate la scară industrială, tehnologia carburanţilor sintetici permite industriei auto clasice să se plaseze cu argumente pe poziţia neutralităţii climatice.
În parteneriatul Haru Oni, Siemens Energy funcţionează ca intergrator al întregului lanţ de valoare, potrivit proiectului, de la turbinele eoliene de producere a electricităţii, care este consumată pentru obţinerea hidrogenului prin electroliză şi până la conversia acestuia şi a CO2 în metanol şi, mai departe, în carburanţi sintetici (eFuels). Siemens Energy a primit un grant de 8 milioane de euro de la Ministerul Federal al Economiei şi Energiei, iar investiţia iniţială a firmei germane este de 20 de milioane de euro.
Siemens va furniza şi dispozitivele de electroliză PEM (Proton Exchange Membrane), care vor separa hidrogenul şi oxigenul din apă. Compania energetică chiliană AME, împreună cu ENEL şi compania petrolieră ENAP au înfiinţat compania de proiect Highly Innovative Fuels (HIF), care se va ocupa şi de absobţia CO2 din atmosferă, probabil cu etanolamine. În fine, urmează reacţia CO2 şi H2 spre metanol (o reacţie care se învaţă la şcoală, dar a cărei producţie industrială va deveni abia acum comercial posibilă) şi, respectiv, conversia metanolului în benzină sintetică prin tehnologia MTG a ExxonMobil.
• Trenurile cu hidrogen
Ţările europene care stau cel mai bine la producerea şi testarea trenurilor pe bază de hidrogen sunt Olanda, Germania, Austria şi Italia. Toate testele din Europa au fost făcute cu trenuri Alstom, de producţie franceză.
Trenul cu hidrogen al Alstom a îndeplinit cu succes cele patru obiective ale cadrului de testare: a) autorizarea de evaluatorul naţional de siguranţă pentru a circula pe reţeaua feroviară din ţara respectivă; b) zero emisii şi compatibilitatea perfectă cu serviciul comercial al orarului actual; c) realimentare rapidă şi uşoară; d) familiarizarea publicului larg cu mobilitatea pe bază de hidrogen.
- Austria
Trenurile pe hidrogen au intrat în serviciul regulat de călători la finalul lunii noiembrie 2020.
- Germania
Pregătite pentru a înlocui vechile locomotive diesel, noile trenuri cu hidrogen Mireo Plus H pot atinge o viteză maximă de 160 km/h şi acoperi distanţe de până la 600 Km cu o singură alimentare (https://www.descopera.ro/dnews/19575843-trenurile-cu-hidrogen-ar-putea-inlocui-vechile-locomotive-diesel-tara-care-a-anuntat-deja-inlocuirea-intregii-flote). Operatorul naţional de căi ferate din Germania, Deutsche Bahn (DB), a anunţat în iunie 2020 că are întocmite planuri pentru înlocuirea flotei de locomotive diesel cu o alternativă nepoluantă non-electrică. Aflată deja la stadiul de testare experimentală, locomotiva dezvoltată de compania Siemens Mobility foloseşte un sistem hibrid bazat pe acumulatori li-ion şi hidrogen presurizat, ambele tiăuri de acumulatori înmagazinând energie obţinută din surse regenerabile, cum sunt panourile fotovoltaice sau turbinele eoliene. Primul tren de acest tip va acoperi traseul Tubingen, Horb şi Pforzheim, în landul german Baden-Wurttemberg, primele curse de încercare sunt programate pentru anul 2024. Deutsche Bahn estimează că doar în faza de proiect pilot, noul tren va evita degajarea în atmosferă a aproximativ 330 tone de CO2.
Pe de altă parte, firma franceză Alstom a anunţat că va livra 14 trenuri care folosesc pentru deplasare hidrogenul presurizat până în 2022 pentru a circula în landul german Saxonia Inferioară.
- Olanda
Provincia olandeză Groningen a anunţat că va introduce trenuri cu hidrogen pe o linie regională după ce va lansa o licitaţie pentru trenuri cu hidrogen în 2021 (https://www.forbes.ro/olanda-introduce-circulatie-trenuri-cu-hidrogen-185728). Provincia Groningen din Olanda a publicat un raport care prezintă rezultatele testelor trenului Alstom Coradia iLint efectuate în luna martie 2020 pe cei 65 km de cale ferată dintre Groningen şi Leeuwarden, în nordul Olandei. Testele au avut ca scop să analizeze dacă un tren cu celule de combustie cu hidrogen ar putea fi o alternativă complet sustenabilă la trenurile diesel care circulă în prezent în partea de nord a ţării.
Trenul cu hidrogen al Alstom a fost testat în detaliu de operatorul Arriva din provincia Groningen, operatorul olandez de infrastructură feroviară ProRail şi compania de energie Engie. DEKRA, o companie independentă de inspecţie şi certificare a testelor, a condus testele, care au avut loc fără pasageri.
- România
"Aş vrea să dezvoltăm un proiect de trenuri pe hidrogen şi am avut discuţii cu industria, dar m-aş bucura să fim primii care adoptă, ca să folosesc un termen din domeniul start-up-urilor de IT, adică să luăm o tehnologie aflată în fază incipientă (https://www.forbes.ro/ministrul-transporturilor-vrea-ca-%E2%80%8Bromania-sa-testeze-trenurile-cu-hidrogen-208175?mc_cid=f5f1cb7d64&mc_eid=bda0dfd26e). Asta ne-ar permite să folosim bani europeni şi să atingem obiectivele globale europene în ceea ce priveşte emisiile de carbon; ne-ar putea ajuta să dezvoltăm o industrie şi cred că cel mai bine, dincolo de strategii, vorbe şi hârtii, este când o faci prin exemplu", a spus Cătălin Drulă, ministrul Transporturilor la conferinţa Zilele Feroviare.
• Producţia de hidrogen în ţara noastră
Hidroelectrica a anunţat încă din mai 2020 că este interesată de investiţii în producţia de hidrogen prin hidroliză şi dezvoltarea de reţele de e-mobility, potrivit strategiei investiţionale a companiei. Apoi a comandat un studiu de fezabilitate în cadrul unui proiect de interes comun european (IPCEI - Important Project of Common European Interest), cu tema "Hidrogen verde pe Dunărea albastră", la care vor participa mai multe state membre, potrivit strategiei companiei; Strategia de dezvoltare a Hidroelectrica prevede şi construcţia de parcuri eoliene.
O secţie de electroliză prin care apa este descompusă în hidrogen şi oxigen ar putea fi amplasată la Drobeta-Turnu Severin, pentru a folosi electricitatea produsă în hidrocentrala Porţile de Fier, dar şi pe cea eoliană sau solară. Decizia pentru notificarea prealabilă a proiectului a fost prevăzută pentru anul 2021, iar ţintele acestuia par a fi inspirate din programele europene: a) Producţia de hidrogen "verde" la scară largă în Europa de Sud-Est, folosind energie verde (hidro, eoliană şi solară); b) Transportul hidrogenului pe Dunăre către utilizatori din ţările Programului Transnaţional Dunărea Interreg; c) Implementarea infrastructurii necesare pentru utilizarea hidrogenului în statele membre participante, de-a lungul Coridoarelor Reţelei trans-europene de transport (TEN-T). Hidroelectrica este singura companie energetică românească implicată în acestă direcţie, având şi resurse de energie regenerabilă.
Este important ca producţia de hidrogen să poată fi folosită ca sistem de stocare a energiei. Având în vedere noua strategie şi noile capacităţi de producere din surse regenerabile, de 6,9 GW, considerăm că va exista o piaţă semnificativă a hidrogenului, ca element de stocare. Există iniţiative în piaţă prin care companii care doresc să dezvolte centrale pe gaz, cu viziune integrată, respectiv producţia de hidrogen din surse regenerabile şi folosirea hidrogenului în amestec cu gazul în producţia de energie electrică, cu emisii reduse de carbon.
Există iniţiative la nivel european de producere a oţelului verde, înlocuind cocsul cu hidrogen. În transporturi, a fost anticipată o dezvoltare încă din acest deceniu şi există anumite ţări care deja s-au angrenat în dezvoltarea unor modalităţi de transport pe hidrogen. Toate reţelele noi de gaze care vor fi construite în România vor putea transporta inclusiv hidrogenul.
• Producţia de eFuels în ţara noastră
Ideile producţiei de hidrogen sau de conversie a metanului în metanol fac obiectul unor planuri noi elaborate de companiile energetice româneşti.
Hidroelectrica vrea să profite de energie verde pe care o produce ca să facă hidrogen, iar Romgaz (SNG) şi OMV Petrom (SNP) vor să producă metanol cu energie eolioană.
-----------------------------------------------------------------------
• Strategia hidrogenului
Pe 8 iulie 2020, Comisia Europană a lansat Strategia integrării producţiei, stocării şi folosirii hidrogenului în sistemul energetic, ca parte a Pactului Ecologic European - Green Deal (https://cursdeguvernare.ro/energie-comisia-europeana-a-lansat-strategia-hidrogenului-hidroelectrica-fructifica-oportunitatea.html). În ţara noastră, Strategia de dezvoltare a Hidroelectrica, cel mai mare producător de electricitate al României, prevede deja investiţii în producţia hidrogenului regenerabil (prin electroliza apei cu consum de energie verde) şi în stocarea acestuia pentru a fi folosit în transporturi.
Strategia lansată de Comisia Europeană vizează 38 de acţiuni privind un sistem energetic integrat, în care hidrogenul să contribuie la "decarbonarea industriei, a transporturilor, a producţiei de electricitate şi a clădirilor în toată Europa; Strategia UE privind hidrogenul urmăreşte fructificarea acestui potenţial prin investiţii, reglementare, crearea pieţei de specialitate, precum şi prin cercetare şi inovare. Prioritatea folosirii hidrogenului regenerabil, produs mai ales prin folosirea energiei regenerabile se va atinge prin parcurgerea următoarelor etape:
-2020-2024-, construcţia unor instalaţii de electroliză cu o putere de cel puţin 6 gigawaţi (GW) în UE, pentru producerea a până la un milion de tone de hidrogen regenerabil;
-2025-2030-, hidrogenul devine o parte intrinsecă a sistemului energetic integrat, cu o capacitate de cel puţin 40 GW a instalaţiilor de electroliză pentru producţia a până la 10 milioane de tone de hidrogen regenerabil în UE;
-2030-2050-, maturizarea tehnologiilor hidrogenului regenerabil şi implementarea lor pe scară largă în toate sectoarele greu de decarbonizat.