Ministerul Energiei a pus în dezbatere publică un proiect de Strategie Națională a Hidrogenului, cu implementare până în 2030. Potrivit documentului, hidrogenul poate fi un înlocuitor al combustibililor fosili utilizați în prezent și poate fi folosit în industria oțelului, a fertilizanților, a cimentului sau ca opțiune de stocare a energiei. Un rol important îl va avea hidrogenul din energie din surse regenerabile, obținut prin electroliza apei.
Prin PNRR, România a alocat 148 milioane euro pentru 100 MW de capacitate de electroliză prevăzute pentru companiile interesate de dezvoltarea unor capacități de producție a hidrogenului regenerabil. O serie de sectoare economice (chimie, procese de rafinare, producție de oțel etc.) ar putea reduce emisiile de carbon prin intermediul utilizării hidrogenului regenerabil, cu până la 70-95%.
Estimări privind consumul de hidrogen regenerabil în 2030
- Cantitatea totală de hidrogen necesară la nivelul anului 2030 a fost estimată la 152,9 mii tone, consum care este exclusiv hidrogen regenerabil.
- Consumul de hidrogen regenerabil va genera, la nivelul anului 2030, o reducere a emisiilor de CO2 în cuantum de 2.034 mii tone CO2.
- Pentru a acoperi nevoile de hidrogen regenerabil se estimează că va fi necesară instalarea unor capacități de electroliză de 2.130 MW.
- Pentru operarea capacităților de electroliză instalate până în 2030 va fi necesară o putere instalată de generare a energiei electrice provenite din surse regenerabile de 4.261 MW.
- Consumul total de apă generat este de 2,31 milioane m3.
Ce hidrogen se produce acum
În industrie este utilizat hidrogen, însă acesta nu este așa-numitul "hidrogen curat", procesele de obținere ale acestuia producând emisii de dioxid de carbon.
Pe baza datelor furnizate de marii producători/consumatori din industriile locale, care utilizează hidrogenul în procesele industriale (rafinare, siderurgie, industria chimică, îngrășăminte), printre care se numără AirLiquide, Azomureș, Chimcomplex, Erdemir, Hoeganaes, Liberty Galați, Linde Gaz, OMV Petrom, Oțel Inox, Petrotel-Lukoil, Rompetrol, companiile din industrie au însumat o producție totală de hidrogen de 194 mii de tone în 2021.
În România, majoritatea hidrogenului este produs prin reformarea metanului cu abur, reformare catalitică și, într-o mult mai mică măsură, prin electroliza apei și consumat în cadrul proceselor industriale necesare producției. Procesele de obținere a hidrogenului prin reformare catalitică și reformarea metanului cu abur produc emisii de dioxid de carbon. În România nu există instalații la scara industrială de captare a acestor emisii.
Metode de obținere a hidrogenului regenerabil
Documentul arată că în vederea decarbonizării, producția de hidrogen gri ar trebui înlocuită cu hidrogen regenerabil și, într-o mai mică măsură, cu hidrogen cu amprentă redusă de carbon.
Hidrogenul regenerabil este produs prin electroliza apei, utilizând energie electrică din surse regenerabile, astfel că, la nivel teoretic, orice sursă de energie din surse regenerabile ar putea fi utilizată: eolian, solar, hidro, biomasă și biogaz.
Centralele pe biomasă, indiferent de tehnologie (combustie directă, transformare în biogaz, sau altă tehnologie, de exemplu piroliză) reprezintă o sursă de energie nevariabilă (producție bandă, spre deosebire de eolian și solar) dar în volume semnificativ mai mici3 și cu un cost mediu în termeni reali (LCOE) mult mai mare decât al centralelor eoliene și solare4. Astfel, hidrogenul produs prin electroliza apei din energie electrică rezultată din biomasă ar conține o componentă de cost necompetitivă, iar volumele rezultate ar fi foarte reduse, făcând transportul și distribuția hidrogenului ineficiente. Producerea de hidrogen regenerabil folosind energie electrică din biomasă are un impact negativ asupra mediului, în special asupra „rezervoarelor de carbon” și asupra biodiversității.
Biogazul rezultat din diferite materii prime (nămol rezidual, deșeuri alimentare sau biologice etc.) este un gaz ”verde”, curat, care poate fi îmbunătățit prin purificare de CO2 și alte reziduuri, devenind biometan. Astfel, biogazul și, mai ales biometanul, pot fi considerate surse de energie complementare hidrogenului cu amprentă redusă de carbon, cu rolul lor propriu în decarbonizarea mixului energetic național. Mai mult decât atât, caracteristicile tehnice ale biometanului nu se deosebesc de cele ale metanului ”natural”, astfel încât poate fi utilizat direct în consumul casnic sau industrial, respectiv poate fi amestecat cu metanul, contribuind la reducerea amprentei de carbon.
Transformarea biogazului sau biometanului în energie electrică, doar cu scopul alimentării unor electrolizoare cu energie verde, înseamnă un proces suplimentar de transformare și, implicit, o reducere semnificativă a eficienței întregului proces de producție a hidrogenului cu amprentă redusă de carbon (biogaz în energie electrică, energie electrică în hidrogen). Prin urmare, această metodă nu reprezintă o opțiune eficientă, chiar daca există proiecte în derulare inclusiv cu susținere financiară în UE.
Cum va fi stocat și transportat hidrogenul
Utilizarea hidrogenului produs din energie din surse regenerabile variabile (solară sau eoliană) la scară industrială va crea nevoia dezvoltării unei capacități substanțiale de stocare de hidrogen. Acest lucru, deși implică costuri investiționale considerabile, are avantajul de a oferi o modalitate eficientă de stocare a energiei regenerabile și evitarea congestionării rețelei de transport de energie electrică, care reprezintă la nivelul actual unul dintre factorii ce încetinesc rata de dezvoltare a capacității de producție de energie din surse regenerabile în România.
Hidrogenul poate fi transportat și stocat ca atare, în formă gazoasă sau lichidă, sau sub formă de Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), care este un compus chimic ce poate fi hidrogenat și dehidrogenat.
În vederea transportării hidrogenului prin rețeaua de distribuție și/sau transport a/al gazelor naturale, conductele de transport trebuie să reziste la permeabilitatea hidrogenului, exemplul conductelor din polietilenă.
Rețeaua de transport gaze naturale va permite injectarea unui volum de până la 2% de hidrogen, așa cum a fost stabilit prin Directiva gazului 2009/73/EC și Regulamentul Gazului (EC) No 715/2009, cunoscute și ca Pachetul pentru decarbonizarea piețelor gazelor, promovarea hidrogenului și reducerea emisiilor de metan.
În contextul modernizării rețelei de distribuție a gazului natural, utilizarea unui amestec volumetric de 2% hidrogen regenerabil cu gaz natural pentru a acoperi consumul total de gaze naturale al României ar necesita un volum de 18,2 mii tone de hidrogen regenerabil, în timp ce un amestec volumetric de 10% hidrogen regenerabil ar necesita 90,8 mii tone de hidrogen regenerabil.
Importuri pe cale maritimă sau conducte submarine
Alături de Bulgaria și Grecia, România este parte a coridorului prioritar HI East pentru hidrogen și electroliză. Poziția apropiată geografic de nordul Africii și de Orientul Mijlociu facilitează viitoarele importuri de hidrogen regenerabil pe cale maritimă, sau chiar prin conducte submarine de transport. Cererea de hidrogen estimată pentru acest coridor este de 53 TWh pe an până în 2030, 179 TWh anual până în 2040 și 260 TWh anual până în 2050. Producția estimată este de 22.1 TWh anual până în 2030, 151 TWh anual până în 2040 și 183 TWh anual până în 20501.
Conform ANRE, în rețelele/sistemele de distribuție a gazelor naturale din România, ponderea conductelor din polietilenă reprezintă 66,25% din totalul lungimii conductelor sistemelor de distribuție a gazelor naturale1. Cu toate acestea, elementele de îmbinare, stațiile de comprimare și alte elemente de rețea vor trebui adaptate pentru a permite transportul hidrogenului.
În ceea ce privește transportul hidrogenului pe cale rutieră, camioanele sunt adecvate pentru hidrogenul comprimat, pe distanțe scurte, pe raze de cca. 200 km, distanță după care acest mijloc de transport devine ineficient din prisma costurilor, dar și a amprentei de carbon a transportului.
Transportul hidrogenului pe cale feroviară este considerat eficient pentru transportul hidrogenului, pe distanțe între 100-800 km, luând în considerare existența unei rețele feroviare și a infrastructurii de încărcare-descărcare aferente. Forma de transport este sub formă de LOHC sau amoniac, din cauza densității volumetrice scăzute pe unitatea de energie a hidrogenului gazos.
Hidrogen pentru încălzire rezidențială
În cazul consumatorilor casnici din zonele de aglomerări urbane, utilitățile existente deja ocupă spațiul disponibil în subteran. Prin urmare, dezvoltarea unor trasee noi este complexă. Pentru ca România să acumuleze experiență în economia hidrogenului, gazul natural fiind un combustibil de tranziție, o soluție ar putea fi amestecul unui procent volumetric de până la 20% hidrogen regenerabil în gazul natural.
Analiza Institutului Fraunhofer a arătat faptul că efortul tehnic pentru a substitui un volum de 20% din gazele naturale cu hidrogen regenerabil este deosebit de mare și corespunde unei reduceri de emisii de gaze cu efect de seră de doar 6-7%, din cauza puterii calorifice scăzute a hidrogenului față de cea a metanului1.
Concluzia studiului este că amestecul de hidrogen în gazele naturale, chiar și la procente scăzute volumetric, nu este o utilizare optimă a hidrogenului, care ar trebui evitată pentru utilizare în sectorul rezidențial, în favoarea unor politici care să asigure livrarea de hidrogen regenerabil către industrie și transporturi. Astfel, în cadrul acestor sectoare, pot fi reduse cantități mai mari de emisii de gaze cu efect de seră și se evita și costurile suplimentare care ar trebui suportate de consumatorii de gaze naturale.
Sursa foto:
1
5
