Elveţienii spun că hidrogenul aproape verde ar fi mai eficient decât cel produs din 100% energie regenerabilă

Hidrogenul este adus de foarte multe ori drept exemplu de soluţie alternativă pentru reducerea substanţială sau eliminarea emisiilor din foarte multe industrii, de la transport, unde poate fi alternativă maşinilor electrice cu baterii, până la industria grea, unde poate fi folosit în combustie directă în furnale în locul gazului natural. Dar hidrogenul e cu adevărat ecologic şi „verde” în rolul acestor soluţii doar dacă produs 100% din energie regenerabilă, prin electroliza apei, care foloseşte electricitate produsă din surse regenerabile sau cel puţin cu zero CO2. Şi, într-un scenariu ideal, e preferabil ca şi stocarea şi transportarea lui către punctul de consum să fie asigurată tot prin energie regenerabilă. Cercetătorii elveţieni de la cea mai renumită universitatea tehnică din ţara lor, ETH Zurich, anunţă însă că un hidrogen „aproape verde”, produs aproape complet din energie regenerabilă, ar fi mult mai eficient în costuri şi viteza de adopţie pe larg, fiind în final o soluţie mai bună decât producţia lui exclusiv din 100% energie regenerabilă.

Problema cea mare a hidrogenului verde e ineficienţa procesului de producţie, stocare, transportare şi apoi conversie în energie utilă. În mod normal, producţia a 1 kg de hidrogen necesită între 53 şi 62 kWh de electricitate, în funcţie de randamentul instalaţiei. În ultimul timp au fost anunţate noi instalaţii cu randament mai mare, care ar avea nevoie chiar şi de doar 41,5 kWh, dar ele încă n-au intrat în producţia la scară largă.

Foto: Instalaţia de producţie a hidrogenului, ce pretinde doar 41,5 kWh/kg necesari

Apoi, dacă hidrogenul e stocat lichid, e nevoie de -253 grade Celsius pentru asta, iar asta înseamnă un sistem frigorific energofag şi un recipient izolat termic, după principiul unui termos. Dacă se stochează drept gaz, e nevoie de volume mai mare şi rezervoare care să reziste la presiune mare. Transportarea poate fi făcută mai ecologic prin conducte cu pompe electrice, dar mai des se face cu camioane, care emit CO2 dacă sunt diesel, deci ar fi preferabil să fie şi ele electrice, ca totul să aibă sens. Iar la final dintr-un kg de hidrogen printr-o instalaţie cu pile de combustie se obţin vreo 17,5-19 kWh, deşi iniţial s-au consumat 53-62 kWh. Diferenţa e emanată în căldură şi pierderi la conversie, deci minim 2/3 din energie e irosită per total prin ciclurile actuale, fără a pune la socoteală energia de transport şi stocare.

Unele idei de a folosi hidrogenul ajung până la un adevărat absurd al ineficienţei, precum centralele electrice noi din Germania, construite acum cu turbine care să fie compatibile atât cu arderea gazului natural, cât şi a hidrogenului. Doar că cantităţile necesare pentru o singură centrală sunt în prezent mai mari decât hidrogenul verde din toată lumea, iar ideea în sine presupune că hidrogenul trebuie produs din electricitate, transferat spre staţie, cu tot cu pierderi şi ars apoi pentru a produce tot electricitate, doar că mult mai puţină.

E la fel de adevărat, însă, că în ciuda tuturor acestor ineficienţe există multiple domenii de aplicare unde hidrogenul are un randament mare şi-l poate avea şi mai mare în viitor. Spre exemplu, hidrogenul poate servi drept materie primă pentru producţia de metanol care să înlocuiască benzina şi pentru producţia de amoniac verde, care să înlocuiască dieselul şi gazul în motoarele navale mari, amoniacul fiind fezabil la transportare şi generând zero CO2 la combustie. Iar navele mari emit sute de mii de tone de CO2 anual per navă, deci acolo impactul ar fi enorm, iar costul de producţie a amoniacului verde poate fi coborât odată cu scalarea, şi chiar săptămâna trecută anunţam despre cea mai mare fabrică de hidrogen din lume, pe care chinezii o construiesc pentru a folosi hidrogenul la aceeaşi fabrică în rol de materie primă pentru amoniac şi metanol. Doar că şi pentru amoniacul şi metanolul produs sunt valabile aceleaşi reguli, că pot fi numite verzi dacă sunt produse din hidrogen verde şi folosesc apoi energie verde în reacţiile ulterioare.

Foto: Proiectul noii fabrici de hidrogen şi amoniac din China

Ce spun cercetătorii elveţieni în acest context, deci? În primul rând, aceştia ne amintesc că amoniacul e produs în prezent într-o cantitate de 180 milioane de tone anual la nivel global, nu pentru a fi folosit în transport, ci în primul rând în rol de materie primă pentru fertilizatori agricoli. Hidrogenul necesar acestui proces este în prezent obţinut din gaz natural, cunoscutul metan cu formula CH4. Evident, acest proces generează emisii uriaşe de CO2 şi o dependenţă de ţările exportatoare de gaz.

Teoretic, la nivel de planetă, n-ar trebui să ne preocupe doar producţia amoniacului verde pentru nave, ci şi transformarea amoniacului gri în cantitatea imensă de 180 milioane de tone anual într-unul verde, renunţându-se la hidrogenul extras din gaz natural şi înlocuirea lui cu unui produs din electricitate regenerabilă. În procesele industriale dintr-un kilogram de hidrogen se pot produce 5,66 kg de amoniac, deci doar pentru a transforma amoniacul produs în prezent într-unul verde ar fi nevoie de producţia a 32,15 milioane de tone de hidrogen verde, la care s-ar mai adăuga şi cantitatea necesară industriei maritime.

Cele 32,15 milioane de tone de hidrogen verde, chiar şi la doar 53,5 kWh per kg sau 53,5 MWh/tonă, ar avea nevoie 1.720 TWh de electricitate din surse regenerabile produsă anual. În lume se produc anual cam 29.500 TWh de electricitate, deci electricitatea necesară pentru a transforma actualul amoniac produs pentru fertilizanţi agricol într-unul verde ar fi de 5,8% din total. Ca să producem 1.720 TWh de electricitate regenerabilă în plus, la un factor de capacitate de 60% a turbinelor eoliene maritime, de exemplu, am avea nevoie de noi parcuri cu o putere instalată de circa 330 GW. Asta ar însemna cam 22.000 turbine eoliene de tipul Vestas V236-15.MW, a câte 15 MW fiecare.

Sună înspăimântător, poate, mai ales dacă ne amintim că aici n-am adunat cifrele necesare pentru ca întreaga industrie de transporturi maritime să treacă la CO2, ceea ce ar putea dubla toţi parametrii, dar pe termen lung nu e imposibil. Elveţienii, însă, au calculat că regula strictă de a avea hidrogenul şi amoniacul produs doar cu energie regenerabilă ne reduce substanţial volumele de hidrogen şi amoniac produs şi adopţia pe larg a acestor combustibil.

Propunerea cercetătorilor elveţieni este ca deja în ţările unde energia regenerabilă trece de 70-80%, precum Norvegia, Portugalia sau Spania într-o mare perioadă a anului, hidrogenul să poată fi produs sub formă de „aproape verde”. Asta ar însemna ca fabricile de hidrogen şi amoniac să aibă surse de energie regenerabilă, sub formă de parcurile eoliene sau fotovoltaice, dar atunci când energia de acolo e mai mică, să poată lua diferenţa de energie din reţeaua naţională. Da, acea energie n-ar fi 100% regenerabilă, poate doar în unele zile, dar per total dacă acea energie de suplinire ar fi 85-90% regenerabilă, hidrogenul şi amoniacul final ar fi „aproape verde” şi ar permite fabricilor să aibă o producţie constantă, iar la nivel continental şi mondial producţia ar putea creşte mai repede.

Mai mult ca atât, elveţienii au calculat că la procesul de producţie din prezent, cu tot cu electroliză, dacă se admite o componentă mică de energie neregenerabilă în mixul final, de până la 1 kg de CO2 per 1 kg de hidrogen final produs, beneficiul pentru mediu din producţia hidrogenului sau amoniacului ar fi oricum uriaş. Elveţienii spun că permisiunea de a avea emisii de 1 kg CO2 la producţia a 1 kg de hidrogen este de fapt foarte restrictivă, chiar dacă sună un pic bizar şi contraintuitiv, or, la mixul actual energetic foarte bun al Elveţiei, de exemplu, dacă 1 kg de hidrogen ar fi produs doar cu electricitate din reţea, s-a genera emisii de 1,7 kg de CO2. Însă acelaşi kilogram de hidrogen produs cu electricitatea din reţeaua actuală a Germaniei, plină de centrale de cărbune şi pe gaz, ar genera 18 kg de emisii de CO2! În Olanda emisiile ar fi de 16 kg CO2 per 1 kg de hidrogen produs, iar în Polonia, până la construirea centralelor nucleare şi parcurilor eoliene, situaţia prezentă e de-a dreptul catastrofală, cu 33 kg CO2 emis în producţia unui kg de hidrogen cu energia din reţea!

Deci chiar elveţienii spun că ideea lor ar fi păguboasă şi dăunătoare mediului în ţări cu un mix energetic cu mulţi combustibili fosili, însă în ţările exemplare, el ar putea funcţiona bine, după principiul de a asigura 95% din „verdele absolut” al hidrogenului, cu 5% toleranţă la eventuale emisii CO2. Cele 5% finale sunt cele mai scumpe de asigurat, iar fără ele beneficiile celor 95% de reduceri de emisii s-ar face simţite mult mai repede, la o scară care ar creşte într-un ritm mai accelerat.

Prin urmare, cam asta e concluzia elveţienilor, de a institui un soi de hidrogen şi amoniac „aproape verde”, în care minim 95% din energia utilizată la producţia să fie regenerabilă şi iar emisiile generate să fie de maxim 1 kg de CO2 la 1 kg de hidrogen produs, iar distribuţia pe amoniac ar fi şi mai mică, de circa 0,175 kg de CO2 per kilogram de amoniac. Elveţienii spun că aceste ar fi acceptabile şi demne pe o bună perioadă de timp, mai ales în comparaţie cu viteza enormă câştigată în excluderea celor 95% din emisii.