Răzvan VARLAM și Iulian CIMBRU, FEL România: Hidrogenul, vectorul viitorului sustenabil

Odată cu asumarea obiectivului neutralității climatice, în perspectiva anului 2050, sistemele electroenergetice europene se confruntă cu o multitudine de provocări și transformări cauzate de dezvoltarea accelerată a surselor de energie regenerabilă.

Printre cele mai mari provocări regăsim profilul intermitent și meteo-dependent de producție al capacităților de generare din surse regenerabile, situație care impune totodată cea mai acută nevoie de transformare a infrastructurii energetice de la debutul electrificării.

Pe de altă parte, dat fiind orizontul relativ scurt al tranziției energetice, precum și existența anumitor sectoare în care electrificarea nu reprezintă o opțiune, hidrogenul capătă rolul de vector energetic prin capacitatea sa de a fi un purtător de energie, care odată produs, poate fi stocat, transportat și utilizat pentru a genera diferite forme de energie pentru diverse aplicații.

Producția hidrogenului

Deși hidrogenul a fost folosit și în trecut în industria chimică și în industria de rafinare, cererea pentru acest combustibil se așteaptă să crească masiv pe viitor datorită nevoii de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră. Pentru realizarea acestui lucru în sectoarele cu dificultăți de reducere a emisiilor, cum ar fi transportul terestru, maritim și aviatic, precum și în industria metalurgică și energetică, va fi necesară producerea unei cantități semnificative de hidrogen din surse regenerabile.

Hidrogenul poate fi produs prin diverse procedee, atât dependente de combustibili fosili, în general, prin reformare catalitică, cât şi prin electroliza apei, proces dependent de energie electrică.  În funcție de procedeul utilizat în producție, specialiștii din domeniu se raportează, prin consens, la următorul “cod de culori” ale hidrogenului:

• Hidrogenul Alb – Extras din depozitele geologice naturale, reprezintă o sursă potențială de hidrogen curat, deși accesul la aceste depozite și extragerea sa pot fi dificile.
• Hidrogenul Verde – Produs utilizând energie electrică generată din surse regenerabile. Deși este considerat o variantă ecologică, producția sa este limitată de costurile momentan ridicate.
• Hidrogenul Roz – Are loc prin procesul de electroliză alimentată de energie electrică de origine nucleară.
• Hidrogenul Albastru – Implică utilizarea gazului natural și a vaporilor de apă. În acest proces se generează dioxid de carbon, motiv pentru care producția acestui tip de hidrogen necesită și captarea și stocarea carbonului (CCS).
• Hidrogenul Turcoaz – Este produs prin piroliza metanului, fiind un proces care descompune acest gaz în hidrogen și carbon solid.
• Hidrogenul Gri – Este în prezent cel mai răspândit tip de hidrogen, obținut din gaz natural sau metan, fără a se efectua captarea gazelor cu efect de seră.
• Hidrogenul Negru – Este produs din cărbune, având cel mai mare impact asupra mediului.

Hidrogenul oferă versatilitate în transport și stocare, facilitând decuplarea parțială a producției și consumului de energie. Cu toate acestea, densitatea sa scăzută reprezintă o provocare în stocare. Opțiunile includ rezervoare gazoase sau lichide, stocare geologică și utilizarea metalelor sub formă de hidruri metalice.

Integrarea în sistemele energetice

Hidrogenul produs în electrolizoare pe baza energiei regenerabile va contribui în primul rând la reducerea emisiilor de carbon în sectoarele în care este deja utilizat. Spre exemplu, în acest moment, producerea hidrogenului este responsabilă pentru aproximativ 20% din emisiile totale ale rafinăriilor, conform IEA (International Energy Agency). Producția de amoniac și metanol, precum și producția de oțel, sunt următoarele în ierarhia cererii de hidrogen.

În domeniul mobilității sustenabile, vehiculele cu pile de combustibil sunt o opțiune promițătoare, dar întâmpină încă provocări tehnice și de cost. Deşi transportul feroviar are cel mai mare grad de electrificare, trenurile echipate cu pile de hidrogen au potențialul de a circula pe rutele unde încă rulează locomotive diesel. În ceea ce privește aeronavele, folosirea combustibililor sintetici pe bază de hidrogen este tehnic posibilă, deși în prezent costurile de producție sunt de aproximativ 4-6 ori mai ridicate în raport cu opțiunea combustibililor convenționali.

Hidrogenul se poate integra şi în generarea de energie prin folosirea pilelor de combustibil sau arderea în turbine cu gaz. Cele mai multe modele existente de turbine cu gaz pot folosi hidrogen în proporție de 35%, însă capacitatea tehnică de a utiliza hidrogenul în formă pură la nivelul turbinelor de gaze este deja posibilă, potrivit unui comunicat al companiei Siemens Energy.

Comparație între stocarea energiei electrice sub formă de hidrogen şi în baterii

Eforturile de integrare a hidrogenului în rețelele de gaze naturale au început inclusiv în România, compania Delgaz Grid fiind angrenată în primul proiect pilot de evaluare a comportamentului rețelelor de gaze naturale în contextul adăugării de hidrogen în proporție de 20% alături de gaze naturale.

Suplimentar, proiectul pilot va evidenția și gradul de compatibilitate la hidrogen al instalației de utilizare, respectiv a echipamentelor și punctelor de ardere care pot fi regăsite într-o gospodărie tipică (centrală, aragaz, boiler etc.).

Deși RePowerEU prevede o țintă obligatorie de consum a hidrogenului în amestec cu gaze naturale pentru reducerea dependenței de importuri din Federația Rusă până în 2030, perspectiva utilizării sale la scară în scop de încălzire depinde, în principal, de ritmul în care infrastructura de energie electrică va putea fi modernizată.

Pentru unele aplicații, tehnologiile bazate pe hidrogen încă nu sunt economic fezabile, dar hidrogenul se prezintă ca o soluție indispensabilă pentru sectoare care nu pot fi ușor electrificate, cum ar fi industria fertilizatorilor, chimică și agro-chimică, respectiv aviația și transportul maritim.

Concluzii

Utilizarea hidrogenului reprezintă o perspectivă esențială pentru un viitor sustenabil, abordând provocările climatice și necesitatea flexibilității în rețelele electrice. Oferă o soluție versatilă și scalabilă, depășind limitările resurselor finite și îndreptându-ne către surse de energie inepuizabile.

Este esențial în stocarea energiei, echilibrând sistemele când cererea este scăzută și producția din surse regenerabile este mare. Reducerea costurilor este esențială pentru viabilitatea economică, necesitând investiții continue în cercetare și dezvoltare pentru a accelera tranziția către un viitor energetic sustenabil.

Articol realizat de Răzvan VARLAM și Iulian CIMBRU alături de echipa de proiect Energy101 – FEL România, formată din Alisa Fleancu, Luminiţa Ioana Vlaicu, Andrei Nistoreanu, Bogdan Roşca, Cezar Axintescu, Daniel Pascale, Daniela Goreacii, David Robert, Mihai Armăşel, Georgian-Florentin Albu, Livia Marica, Olivian Savin, Radu Răuţă, Răzvan Cristian Varlam, Sabina Strimbovschi, Silviu Tiron, Ştefan Gaftonianu, Tatiana Fiodorov, Vasi Vâlcu, Lucian Pamfile, Teodora Mîndra, Rareș Hurghiș și George Tecușan.

Răzvan VARLAM lucrează în prezent ca Project Manager în domeniul mobilității electrice, coordonând activitățile de instalare și mentenanța a stațiilor de încărcare a mașinilor electrice în cadrul Enel X Way România. Absolvent al Facultății de Energetică din cadrul Universității Politehnica București, unde disertația sa a fost dedicată explorării potențialului hidrogenului ca sursă de energie sustenabilă, este constant preocupat de tehnologiile ce facilitează tranziția din peisajul energetic.

Iulian CIMBRU este Project Manager în cadrul EDP Renewables, unde coordonează un portofoliu de proiecte de construcție de centrale electrice fotovoltaice și eoliene. Iulian deține o certificare PMP – Project Management Professional din anul 2022 și în prezent urmează cursurile unui MBA specializat pe domeniul Energiei în cadrul Academiei de Studii Economice din București. Cu o carieră de peste 10 ani, a ocupat roluri variate într-o gamă extinsă de proiecte de facilități energetice, precum energia nucleară, oil&gas și energie regenerabilă, acumulând o însemnată experiență în dezvoltarea și managementul acestui tip de proiecte.