Spre o economie bazată pe hidrogen

Premise

Comisia Europeană a publicat în iulie 2020 Strategia Hidrogenului (EC 2020 a), o strategie a integrării producției, stocării și folosirii H2 în sistemul energetic, ca parte a Pactului ecologic european (Green Deal) așa cum este cunoscut.

Sunt vizate 38 de acțiuni pentru un sistem energetic integrat, în care H2 va contribui la „decarbonarea industriei, a transporturilor, a producției de electricitate și a clădirilor din toată Europa”. Pentru aplicarea Strategiei, a fost înființat un organism european, Alianța Europeană pentru Hidrogenul Curat, lansat de Comisie împreună cu lideri din industrie, societatea civilă, miniștri ai țărilor membre și cu implicarea Băncii Europene de Investiții (BEI) .

Țintele de reducere cu 55% a emisiilor de gaze cu efect de seră (GES) până în 2030 și „near to zero” în 2050 asumate prin programele Fit for fifty five (orizont 2030), respectiv Green Deal (orizont 2050) necesită organizare impecabilă, programe, foi de parcurs, finanțarea cercetării, a proiectelor demonstrative, a investițiilor masive necesare.

Comisia Europeană consideră că este nevoie de o tranziție rapidă și echitabilă, GHIDATĂ de STAT către un sistem energetic bazat pe surse regenerabile de energie, care să asigure sustenabilitatea, accesibilitatea prin prețul corect, competitivitatea economiei UE la preţurile mari faţă de combustibilii fosili, securitatea aprovizionării, reducerea sărăciei energetice în întreg blocul economic comunitar.

Se observă că sunt o serie de cerințe, de condiții, aparent contradictorii, conformitatea cu acest set impunând o abordare realistă, viziune şi un management integrat astfel încât să fie lăsat puțin spațiu abordării ideologice, obiectivele să fie puse în echilibru stabil cu resursele disponibile. Recenta Conferință de la Glasgow, COP26, pe tema schimbărilor climatice, a demonstrat că întreagă lume este preocupată și este hotărâtă să acționeze. Angajamentele asumate, chiar dacă nu oferă garanția respectării pragului de 1,5 grade Celsius (creșterea maximă a temperaturii față de epoca preindustrială), sunt promițătoare.

Hidrogenul este privit astăzi ca un combustibil curat și ca un purtător de energie. Pentru decarbonarea sectorului producător de energie, cu o contribuție apreciată de cca 70% la emisiile de gaze cu efect de seră (GES), hidrogenul este veriga necesară, fiind un mijloc de stocare a energiei regenerabile (eoliene și fotovoltaice în principal). Noutatea constă în posibilitatea de a folosi energia regenerabilă atunci când este în exces la producerea H2, evitând pierderile apreciabile înregistrate de marii producători de energie eoliană europeni. Germania a pierdut o cantitate de energie eoliană în exces (fără cerere în sistemul energetic) egală cu tot consumul României pe nouă luni din 2019.

Stadiul dezvoltării tehnologiilor H2

Hidrogenul este azi consumat în principal la producerea amoniacului, a îngrășămintelor chimice, ori în rafinăriile de țiței, dar și la producerea metanolului și în oțelării (IEA, 2019), adică în sectoarele cele mai poluante din industrie în general. Pentru a oferi o imagine asupra rolului H2 în decarbonarea proceselor industriale, vom veni cu câteva exemplificări. În țările OECD, cele mai dezvoltate, cu tehnologiile cele mai avansate, o tonă de oțel se produce cu emisii de 1,8 tone CO2, dar în cele mai multe oțelării se emit în atmosferă 3 tone CO2 la tona de oțel lichid.

Hidrogenul poate înlocui cocsul metalurgic așa cum s-a demonstrat cu proiectul pilot finalizat de compania Voestalpine, care folosește H2 în loc de cocs, prin tehnologia HYFOR, proiect de 250000 tone oțel/an, cu emisii de carbon semnificativ reduse, aproape de zero.

Oțelăria din Galați, deținută de grupul indian Gupta, a anunțat un program de folosire a H2 în locul cocsului poluant, cu obiectivul ambițios de a deveni primul producător din Europa cu aproape zero emisii de carbon

Consumul actual de H2 în Europa este estimat la 10 milioane tone (EC 2020, c) echivalentul a 340 TWh, adică 11% din cererea globală de H2.

Tehnologiile de producere a H2 sunt următoarele:

1) reformarea gazului metan cu abur (SMR), cu sau fără captarea carbonului, utilizarea şi stocarea sa (CCUS),

2) piroliza gazului metan.

Tehnologia SMR fără CCUS implică emisii mari de CO2, estimate la 6 tone pentru 1,1 tone de H2, aşa cum se observă din figura de mai sus, hidrogenul rezultat numindu-se H2 gri. Dacă se face captarea şi stocarea carbonului prin injecţia în subteran, în zăcămintele epuizate de gaz metan, rezultă un H2, numit albastru, cu emisii de CO2 eliberat în atmosferă de numai 1,5 tone. Strategia hidrogenului prevede înlocuirea treptată a acestora cu H2 din surse regenerabile, deoarece arde fără emisii de CO2 asociate.

Hidrogenul verde, curat, este produs prin electroliza apei, cu electrolizoare alimentate cu energie verde, eoliană și fotovoltaică.

Instalațiile actuale de electroliză au ajuns la 10 MW, fiind alimentate cu electricitate provenită din surse regenerabile de energie (eoliană și fotovoltaică).

H2 verde este azi cea mai bună metodă de stocare a energiei regenerabile, care este volatilă (noaptea nu există energie fotovoltaică, iar în lipsa vântului nu există energie eoliană).

S-a convenit asupra unui cod al culorilor H2, care, deşi nu este standardizat, este foarte util pentru evitarea neînţelegerilor şi a finanţării de proiecte, altele decât cele care vizează H2 cu emisii scăzute. În categoria proiectelor bancabile, sunt admise doar cele dedicate hidrogenului decarbonat, definit ca având emisii de CO2 pe durata ciclului de viaţă sub pragul de 3 tone CO2 pentru o tonă de H2 (EC 2021). Hidrogenul gri, albastru, turcoaz, obţinut prin piroliza-descompunerea termică a metanului), H2 galben, obţinut prin electroliza apei cu electricitate din centrale nucleare şi H2 verde, cum am arătat.

Datorită orientării UE de a produce în viitor preponderent energie curată din SRE (surse regenerabile de energie), dar care trebuie înlocuită cu ceva atunci când vântul nu bate și când este noapte, se dezvoltă în ritm alert tehnologiile de producere prin electroliza apei a H2 curat, verde, mai precis, hidrogen din surse regenerabile, cum a intrat în noul limbaj al domeniului. .

Siemens comercializează module compacte de electroliză de 5MW de peste patru ani, cu un randament de 75% și o capacitate de 2 tone/ora echivalentul a 70 MW stocați.

Astăzi în UE sunt instalate electrolizoare de cca 1 GWh, dar până în 2024 Strategia H2 prevede instalarea unei capacități de minim 6 GWh, care să producă un milion tone H2 regenerabil. Până în 2030 obiectivul strategic este instalarea a minimum 40 GW de electrolizoare și a unei producții de 10 milioane tone H2 regenerabil (verde) în UE. Observăm ce obiectiv ambiţios: în următorii opt ani, UE va produce H2 verde cât este consumul actual de H2 gri, adică cca 10 milioane tone!

Investițiile cumulate în H2 din surse regenerabile în UE ar putea ajunge la 180-470 miliarde euro și la 5-18 miliarde pentru H2 bazat pe combustibili fosili cu emisii scăzute de CO2 până în 2050 .

Costurile actuale pentru hidrogen nu sunt încă în poziţia de a concura pe piaţa liberă cu cele ale altor purtători de energie/combustibili. Hidrogenul verde, curat, obţinut prin electroliza apei şi electricitate din surse regenerabile de energie are azi un preţ de cca 5,5 euro/kg, dar se estimează că la orizontul anului 2030 preţul sau va fi competitiv cu cel al H2 gri, produs prin reformarea catalitică a gazului metan. Investiţiile alocate în acest scop sunt impresionante iar electrolizoarele vor avea capacităţi care de la 6 GW în 2024 vor creste la 40 GW în 2030 şi la 500 GW în 2050.

În loc de concluzii

– Schimbările climatice au devenit preocuparea Statelor lumii, conştiente de necesitatea unui efort comun, recenta Conferinţă ONU pentru schimbări climatice de la Glasgow fiind un semnal extrem de pozitiv, deoarece marea majoritatea a statelor au venit cu angajamente concrete.

– UE are cel mai ambiţios program pentru decarbonarea economiei şi este determinată să fie primul bloc economic care in 2050 să ajungă la zero emisii de carbon. Hidrogenul este cea mai inovatoare soluţie pentru decarbonarea economiei în toate sectoarele sale, energie, industrie, transporturi, clădiri. Comisia, pentru a imprima un caracter competitiv hidrogenului din surse regenerabile în UE, se concentrează pe cinci dimensiuni esenţiale: investiţii, stimularea cererii şi sporirea producţiei, stabilirea regulilor pieţei şi construcţia infrastructurii adecvate, sprijinirea cercetării şi a inovării, cooperarea internaţională.

– Investiţiile estimate pentru deceniul în curs, până în 2030, astfel încât ţintele programului Fit for Fifty Five să fie atinse, vor fi intre 24 şi 42 miliarde euro, repartizate astfel: între 24 şi 42 mld euro pentru electrolizoare, între 220 şi 340 mld euro pentru dezvoltarea producţiei de energie solară şi eoliană, alte 11 mld euro alocate captării şi stocării de CO2, pentru staţiile de transport, distribuţie, depozitare şi alimentare cu H2, iar restul pentru activităţi conexe.

– Romania, ca ţară membră, s-a angajat ferm în îndeplinirea ţintelor Fit for Fifty Five, ale Green Deal, în aplicarea Strategiei Hidrogenului şi a reglementărilor pentru tranziţia justă spre economia bazată pe H2. Planul Naţional de Redresare şi Rezilienţă al României (PNRR), aprobat de Consiliul UE la 28 oct. 2021, cu o alocare de 29,2 mld euro, are prevăzute sume importante destinate tehnologiilor H2, Astfel, doar până în 2026 sunt alocate 460 mil euro dezvoltării de noi capacităţi de generare energie din surse regenerabile (fotovoltaic şi eolian), 400 mil euro pentru o reţea de transport gaze naturale în amestec cu H2 până la 20%; 115 mil euro sunt prevăzute pentru electrolizoare de 100 MW capacitate, pentru obţinerea hidrogenului regenerabil.

– România ar trebui sa acorde o atenţie şi mai mare creşterii capacităţii administrative de a concepe politici, programe de aplicare a acestora, separării politicului de administraţie, aplicării legislaţiei guvernanţei corporative, dimensionării eforturilor financiare corelat cu contribuţia noastră la emisiile de CO2 (foarte redusă comparativ). În mod concret, scumpirile necontrolate ale preţului energiei ar trebui sa nu pericliteze sectoarele economice, sursa de venituri necesară importantelor investiţii necesare realizării angajamentelor asumate. Dimpotrivă, fără o creştere a capacităţii economiei autohtone de a genera venituri mai mari, riscul de a nu ţine pasul cu evoluţiile rapide (importurile ajungând la praguri la limita de îndatorare) este unul real.