Revista >> Iulie 2018 [Nr. 206] >> Cercetare & Invatamant superior

Tendinţe actuale în dezvoltarea tehnologiilor de producere a hidrogenului

Ing. Madalina Ivanovici, S.C. IS TECH S.R.L.

26 Iulie 2018

La nivel european şi global, dezvoltarea tehnologică şi economică determină o continuă creştere a consumului de energie. Conform statisticilor EIA (Energy Information Administration), din 2015 până în 2040, la nivel mondial, se preconizează o creştere a consumului de energie cu 28%. La nivel european, aproximativ 80% din consumul de energie reprezintă energie obţinută din combustibili fosili, iar aproximativ 18% din consumul de energie reprezintă energie generată din resurse regenerabile. Ca urmare a diminuării stocurilor de resurse neregenerabile, se urmăreşte scăderea dependenţei de resursele fosile prin facilitarea creşterii producţiei de combustibili alternativi din biomasă şi/sau deşeuri. Se preconizează că la ritmul actual de folosire a combustibiliilor fosili, rezervele se vor termina în mai puţin de 50 de ani.

Totodată, schimbările climatice cauzate de gazele cu efect de seră generate în principal în sectorul energiei au condus la încheierea unor tratate şi emiterea de directive în sensul diminuării emisiilor de gazelor cu efect de seră. Astfel, până în 2030, Uniunea Europeană are ca obiective reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu cel puţin 40% în comparaţie cu nivelul emisiilor de gaze cu efect seră din anul 1990 şi creşterea consumului de energie regenerabilă până la 27% din consumul total de energie.

Conform directivei 2014/94/UE transpusă de Legea 34/2017 hidrogenul este definit ,,combustibil alternativ” în sectorul transporturilor alături de energia electrică, biocarburanţi, combustibilii sintetici şi parafinici, gazul metan şi gazul petrolifer lichefiat.

Hidrogenul este un gaz versatil şi abundent care prezintă o serie de aplicaţii în domenii precum industria petrochimică, în industria chimică, industria alimentară, în industria metalurgică şi este obţinut utilizând o varietate de resurse precum combustibilii fosili, dar şi resurse regenerabile (cărbune, fracţii petroliere, gaze naturale, apă, biomasă). De asemenea, hidrogenul este o sursă de energie nepoluantă care nu generează emisii de gaze cu efect de seră, obţinându-se, urmare a utilizării acestuia pentru producerea de energie, doar vapori de apă. În momentul de faţă în jur de 95% din hidrogen este produs din combustibili fosili, 4% din apă şi 1% din biomasă. Aproximativ jumătate din hidrogen este produs prin gazificarea şi conversie termocatalitică a gazului natural, fracţii petroliere şi cărbune.

Având la bază numeroasele studii şi activităţi de cercetare cu referire la aspectele tehnologice şi economice de producere şi utilizare a hidrogenului ca sursă de energie, acesta are potenţialul de a fi un combustibil semnificativ al viitorului și o parte a unui portofoliu variat de opţiuni energetice capabile să răspundă nevoilor energetice tot mai mari. De asemenea, poate fi utilizat cu uşurinţă pentru generare de electricitate cu ajutorul pilelor de combustie.

România, pe drumul utilizării hidrogenului drept combustibil alternativ
În ceea ce priveşte crearea posibilității utilizării hidrogenului în domeniul transportului, legislaţia în vigoare instituie un cadru naţional de politică pentru dezvoltarea pieţei şi pentru instalarea infrastructurii necesare relevante care să conducă la asigurarea de puncte accesibile publicului pentru realimentare cu hidrogen până la 31 decembrie 2025. În conformitate cu cadrul naţional aprobat, România este inclusă în grupul de ţări care produc în mod tradiţional hidrogen.

Prezenţa în acest grup își are originea în ritmul crescut de dezvoltare al industriei chimice înregistrat în deceniile anterioare și a faptului că în România, pentru prima oară în lume, s-a început fabricarea amoniacului prin conversie termocatalitică a metanului, cu obţinerea în paralel de hidrogen prin hidroliza apei și cracarea (conversia) metanului. Primele utilizări ale hidrogenului în domeniul energetic din România au fost realizate în anul 2009 și 2015, când au fost construite instalaţii de cogenerare alimentate cu gaze naturale și hidrogen. Astfel, se susţine în documentul oficial, România dispune de premisele utilizării hidrogenului în calitate de combustibil alternativ, inclusiv prin reprofilarea potenţialului industrial existent la momentul actual. Dezvoltarea sistemelor de încărcare și de propulsie necesare, în cadrul companiilor de profil, se poate realiza prin sprijinirea activităţilor de cercetare, inclusiv prin facilitarea accesării unor mecanisme de finanţare europeană.

Evoluţia producţiei de biocombustibili
Totodată, legislaţia naţională şi europeană prevede o dezvoltare continuă a biocombustibililor, în principal generaţia a doua, din punct de vedere al materiei prime pentru producere. Astfel, în acest an România va face o evaluare a cotelor obligatorii de biocombustibil din combustibilii fosili pentru transpunerea documentelor europene şi atingerea ţintei de 10% cota de adaos biocombustibil până în anul 2030 (în conformitate cu Propunerea de Directivă a Parlamentului European şi a Consiliului privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile – COM(2016) 767 final). Deci, utilizarea bio-dieselului și a producţiei sale se așteaptă să crească în mod constant în viitor.

În România, în 2017 capacitatea totală de producere de biodiesel de primă generaţie era de 295,000 t/an, iar producţia autohtonă de biodiesel a fost de 163.000 t/an, ceea ce a reprezentat cca. 55% din consumul de biodiesel al României; La nivelul UE, România este clasată pe locul 15 din 28 de ţări din punct de vedere al consumului anual de biocombustibil pentru transport.

Cercetări noi pentru producerea de hidrogen din glicerol
La nivel mondial, sectorul de producere de biodiesel, şi implicit de obţinere de glicerol, este într-o continuă dezvoltare. Chiar dacă în prezent contribuţia biocombustibililor ca sursă de energie alternativă este destul de mică, evoluţia producţiei de biocombustibili arată preocupările pentru creşterea securităţii energetice.

Prin procesul de transesterificare pentru producerea de biodiesel se creează cantităţi mari de deșeuri care constau, în principal, din glicerol brut cu o valoare comercială limitată, cu excepţia cazului în care se efectuează procese costisitoare de purificare. Fiecare tonă de biodiesel produsă generează aproximativ 100 kg de glicerol brut. În prezent, glicerolul este utilizat, în principal, pentru producerea unei varietăţi de produse, cum ar fi produsele cosmetice, produsele alimentare, produsele farmaceutice. Pentru depăşirea acestor probleme, au fost cercetate utilizări noi pentru acest reziduu semnificativ. Numeroase studii şi activităţi experimentale au demonstrat că glicerolul poate fi utilizat pentru obţinere hidrogen utilizând tehnologii de reformare. Prin metoda de reformare catalitică cu abur, 1 mol de glicerol poate genera, stoichiometric 7 moli de hidrogen. În Europa, la Leuna s-a realizat prima instalaţie pilot de conversie a glicerolului în hidrogen cu o capacitate de aproximativ 140 kg H2/t glicerol. Producerea de hidrogen din glicerol este ecologică deoarece adaugă valoare glicerolului generat de fabricile de biodiesel.