Revista >> Decembrie 2019 [Nr. 220] >> Cover Story

ICSI Rm. Vâlcea, 50 de ani de cunoaștere avansată pe filiera deuteriu-tritiu-hidrogen

Dr. fiz. Mihai Varlam, director ICSI Rm. Valcea, Dr. ing. Ioan Iordache, director ICSI Business

12 Decembrie 2019

Viaţa unei organizaţii de cercetare este de cele mai multe ori asemănătoare cu cea a unei persoane, diferenţa constituind-o extinderea perioadelor de timp. Din acest punct de vedere, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice - ICSI Rm.Vâlcea (Uzina „G” până în 1991 - n. red) este acum pe drumul către atingerea maturităţii şi pe cel de definire a unor ţinte clare, pe termen lung. Încercând să evităm frazele tip, putem caracteriza perioada scursă ca fiind „drumul către maturitate”. ICSI şi-a clarificat obiectivele şi este acum un nume recunoscut la nivel naţional şi internaţional în domeniul hidrogenului şi al izotopilor săi. A fi un furnizor de tehnologii suport în noua structură energetică ce se dezvoltă la nivel mondial, este misiunea principală a colectivul de cercetare de la ICSI. Având deja o experienţă medie de peste 15 ani în domeniu, majoritatea cercetătorilor caută să dezvolte soluţii concrete – în domeniul nuclear, în domeniul noilor tehnologii şi în ceea ce priveşte sustenabilitatea acestor acţiuni din punct de vedere al mediului. Perioada în care a trebuit folosită experienţa acumulată în dezvoltarea tehnologiei de producere a apei grele în aceste noi topici extrem de actuale a reprezentat o provocare, dar grupurile de cercetare formate în acest răstimp, cu un puternic caracter multidisciplinar, au reușit să devină adevărate surse de dezvoltare şi aplicare a celor mai noi tehnologii, concepute să fie transformate în soluţii utile pentru societate. Este dificil să prezicem viitorul acum, existând mult prea mulţi factori perturbatori, dar convingerea generală la ICSI este că, dacă societatea românească va avea nevoie să fie implicată în noua revoluţie energetică globală, aportul cercetătorilor de la Râmnicu Vâlcea va fi unul relevant.

Uzina G, modelul dezvoltării unei națiuni prin cercetare performantă
Acad. Marius Sabin Peculea este inginerul român care și-a legat numele de proiectarea, realizarea și dezvoltarea performantă a sistemului de obținere a apei grele necesare reuşitei Programului Nuclear al României, alături de profesioniştii pe care i-a format în cadrul Uzinei G. Este întreprinderea şi şcoala pe care a construit-o de la zero, locul unde a fost martorul tuturor evenimentelor importante din bogată sa existenţă şi totodată un spaţiu al consacrării, care i-a oferit șansa scrierii unui capitol unic din istoria cercetării româneşti.

Punând bazele industriei nucleare româneşti, Uzina G poate fi considerată un model al dezvoltării unei naţiuni prin intermediul cercetării şi a capitalului intelectual propriu… Ce a însemnat pentru dumneavoastră proiectul care a dat sens acestei întreprinderi?

Uzina G a fost o învăţătură de viaţă, atât pentru mine, cât şi pentru „copiii“ pe care i-am crescut şi care, prin ducerea la bun sfârşit a misiunii de separare şi producere a apei grele, au devenit fiecare profesionişti adevăraţi în domeniile lor de activitate. La Râmnicu Vâlcea am reuşit să creăm de la zero o şcoală de cercetare performantă şi mai ales să punem bazele unei industrii performante. România a demonstrat astfel în premieră că poate fi o ţară industrială, nu industrializată, care poate reuşi prin propriile resurse şi capabilităţi, fără să mai fie nevoită să preia tehnologii şi soluţii din afară.

Uzina G este cel mai de seamă succes al cercetării româneşti dinainte de 1989. Cum a fost posibilă această reușită?

Pasteur afirma că nu trebuie să fii un geniu pentru a face lucruri mari. Dorinţa de a reuşi cu orice preţ, de a face ceva deosebit, de a nu renunţa în fața obstacolelor, este fundamentală. Am avut la dispoziţie şi condiţiile necesare pentru a face performanţă, înainte de Revoluţie cercetarea fiind respectată şi finanţată corespunzător. La Râmnicu Vâlcea a fost un spaţiu de cercetare unic, cum nu mai exista în acele timpuri, unde am avut o libertate foarte mare pentru a experimenta şi a ne pune în practică ideile. Toți membrii Uzinei G au crezut, au luptat și au reușit să izbutească, sprijinindu-se reciproc pentru depășirea eșecurilor, găsind calea de a le rezolva prin circulația liberă a informației, unde critica era o formă sinceră de colaborare.
A contat foarte mult şi modul de lucru şi de relaţionare cu oamenii şi echipele pe care le-am condus, formate din oameni cu pregătiri profesionale diferite: fizicieni, chimişti, matematicieni, ingineri ori tehnicieni. Pentru a se înţelege între ei şi a fi eficienţi i-am învăţat să vorbească şi să înţeleagă aceeaşi limbă: cea a apei grele, a separării izotopilor.
Finalitatea a fost producerea apei grele cu cea mai mare puritate de pe glob, ce avea o concentraţie de deuteriu de 99,9 %, obţinută direct din instalaţia de distilare, graţie introducerii unui sistem nou de contact între fluidele reactante.

Sfârşitul proiectului nu a însemnat însă şi sfârşitul institutului de la Râmnicu Vâlcea. Ați găsit o nouă cale de a continua călătoria cunoașterii științifice…

Uzina G a fost înfiinţată cu un obiectiv foarte precis, elaborarea tehnologiei de separare şi producere a apei grele, iar îndeplinirea acestuia ar fi trebuit să conducă în mod normal la încetarea activităţii întreprinderii de la Râmnicu Vâlcea. Ar fi fost însă o pierdere uriaşă să renunţăm la comoara formată: personalul Uzinei G, compus din specialişti de vârf la nivel naţional şi internaţional. Pentru a avea un viitor, soluţia a fost identificarea unei noi direcţii de dezvoltare, capabilă să continue preocupările institutului la un nou nivel de cunoaştere. Disciplina identificată a fost tritiul având la bază criogenia, iar primii paşi importanţi pe drumul materializării ei au venit în urma unei alte reuşite a colectivelor noastre: realizarea compresorului centrifugal de hidrogen sulfurat, care reprezenta inima instalaţiei pilot de separare şi producere a apei grele. Iniţial Guvernul alocase 1 milion de dolari pentru a cumpăra acest compresor din SUA, dar firma producătoare nu a primit licenţa de export din partea Senatului american. În faţa acestui impas ne-am angajat să realizăm noi compresorul, în cadrul Uzinei G, condiţionând însă reuşita realizării sale de primirea milionului de dolari şi valorificarea sa în ce fel dorim. Succesul acestui proiect ne-a pus în situaţia favorabilă de a înfiinţa şi dota un laborator de criogenie, care a fost totodată prima unitate de cercetare din România cu profil de tehnologie criogenică. Aceasta este povestea care a condus la reorganizarea Uzinei G şi ulterior la înfiinţarea Institutului de Criogenie și Separări Izotopice (ICSI Rm. Vâlcea). Pentru a nu-şi uita trecutul, ICSI păstrează în continuare sigla uzinei G, simbol provenit de la apa Grea, care la rândul său fusese inspirit de Poarta Sărutului lui Brâncuși.

Fundamentul trecutului
Prezentul construiește viitorul sprijinindu-se pe umerii trecutului și a personalităților care au scris istoria plină de performanțe a Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice. Povestea sa începe în urmă cu 50 de ani, în 1970, când s-a decis realizarea unei „instalații pilot industrial-experimentală de fabricare a hidrogenului sulfurat” (n. red: la acea vreme se evita denumirea de „apă grea“) la Rm. Vâlcea, sub denumirea de Uzina „G”, ca parte componentă a Programului Nuclear Național, menit să asigure independenţa energetică a României. În baza fenomenelor fizico-chimice de separare izotopică, Uzinei „G“ i-a revenit rolul de interfaţă între ştiinţă şi tehnologie, ea elaborând, în timp, nu numai procesele tehnologice de separare a apei grele, ci şi echipamentele, aparatura de măsură şi control şi analizoarele de concentraţie izotopică. Vocea Uzinei „G” a început să fie auzită începând cu data de 9 august 1976, când a fost produsă, pentru prima dată în România, apă grea cu o concentrație de 99,9%, realizare ce a atras după sine consacrarea Uzinei. Pe baza know-how-ului obținut până la acel moment, în 1977, Uzina face un alt pas important către crearea și dezvoltarea unei alte direcții: tritiul având la bază criogenia.
Perioada 1988-1997 se remarcă printr-o serie de realizări importante, activitatea de cercetare fiind încununată în 1988, prin brevetarea tehnologiei de producere a apei grele, tehnologie care a participat activ la înființarea Uzinei de apă grea ROMAG din Drobeta-Turnu Severin.
În 1991, Uzina „G” a devenit institut de cercetare, denumit „Institutul de Criogenie și Separări Izotopice”, iar anul 1996 i-a adus recunoașterea ca unitate de interes național, sub denumirea de Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice – INCDTCI-ICSI Rm. Vâlcea.
În anul 1997, instalaţia pilot experimentală pentru separarea tritiului şi deuteriului devine obiectiv de interes naţional, cu misiunea de a realiza tehnologia de detritiere a apei grele utilizată ca moderator la reactoarele nucleare CANDU şi de a verifica materialele şi echipamentele specifice în mediul tritiat şi la temperaturi criogenice. Recunoașterea activității asidue din acest domeniu a venit 11 ani mai târziu, odată cu obținerea premiului pentru cel mai mare transfer tehnologic al anului pentru „Tehnologia de extragere a tritiului din apa grea, utilizată la funcționarea reactorului de tip CANDU, utilizat la Centrala Nucleară de la Cernavodă”.

Condiția fundamentală în realizarea performanței a fost întotdeauna adaptarea și orientarea activităţilor întreprinse către cerinţele societăţii și ale pieței. În acest sens, pe parcursul celor 50 de ani, institutul a dezvoltat noi direcții de cercetare, predominant în domeniul energetic, urmând filiera hidrogen - deuteriu - tritiu. Astfel, în anul 2009, a fost inaugurat Centrul Naţional de Cercetare pentru Hidrogen şi Pile de Combustibil, care în 2014 devine obiectiv de interes național, fiind o instalație suport dotată cu facilități experimentale și de testare necesare abordării unei vaste game de cercetări legate de utilizarea hidrogenului în scopuri energetice. Mai mult, în anul 2015 s-a înființat Laboratorul de Cercetare pentru Stocarea Energiei (ROM-EST), gândit ca un catalizator în stocarea energiei, cu activităţi de cercetare orientate spre stocare chimică, electrochimică și termică

Personalitățile providențiale
De-a lungul unei jumătăți de secol de cercetare, în care a împărtășit cunoștințe științifice și a asigurat transferul tehnologiilor și produselor noi către societate și economie, ICSI a fost condus de personalități marcante ale cercetării românești, care au contribuit fundamental la realizările științifice ce au plasat orașul Râmnicu Vâlcea pe harta europeană a centrelor de cercetare de vârf.
Fondator al Uzinei „G”, aflat la conducerea acesteia în perioada 1970-1994, academicianul Marius Sabin Peculea este părintele apei grele. Fizician, cercetător, inginer, autor a peste 300 de publicații științifice și tehnice, este cel care a realizat instalaţia experimentală a Uzinei „G” pe baza propriilor studii și a avut un aport esențial în proiectarea, realizarea şi dezvoltarea energetică performantă a sistemului complex de obţinere a apei grele. Invenţiile sale au fost premiate la saloanele de inventică cu 6 medalii de aur, 4 de argint şi 2 de bronz, iar descoperirile sale se regăsesc în 30 de brevete de invenție. Academicianul Marius Sabin Peculea este absolvent al facultății de Electromecanică a Politehnicii din Timișoara, doctor în termodinamică, doctor docent, profesor universitar, membru corespondent, titular și secretar general al Academiei Române în perioada 1994-1999.
Prof. univ. dr. Ioan Ștefãnescu este cel care a poziționat, în ultimii 25 de ani, Vâlcea și ICSI pe harta internațională a cercetării și a contribuit la realizarea „apei vii” (apa sărăcită în deuteriu). Doctor în fizică, avându-l ca îndrumător știintific pe acad. Marius Peculea, a pus bazele unora din cele mai moderne laboratoare din România - separări izotopice, tritiu și deuteriu, procese criogenice, pile de combustie și hidrogen, stocarea energiei, mediu, calitatea vieţii şi siguranţa alimentară. Din 1993, Ioan Ștefănescu a fost director tehnic la ICSI, iar din 1994 până în decembrie 2016, director general. Cercetător științific, profesor universitar, a realizat, în calitate de autor unic sau coautor, peste 280 de articole știintifice, 37 de brevete de invenție, 14 cărți și monografii. În cadrul saloanelor de inventică a fost premiat cu 29 de medalii de aur, 7 de argint și 5 de bronz.
Personalități marcante ale mediului academic și ambasadori ai științei, într-o continuă căutare a adevărului și a cunoașterii, având calitatea de a-și pune întrebări și de a descoperi și explica lucruri noi, au reprezentat cu onoare și cinste Vâlcea și România în forurile științifice ale lumii. Realizările științifice impresionante și contactul permanent cu activitatea pedagogică le-au creat un nume de referință în cercetarea românească și le-au asigurat locul, recunoștința și respectul în inimile și conștiința oamenilor pe care i-au format.

Pilonii prezentului
Principalul generator de resurse de cunoaştere este cercetarea ştiinţifică. Pe parcursul celor 50 de ani în slujba societății, ICSI a asigurat multiple astfel de resurse, amprentând cercetarea românească prin realizări de prestigiu, precum: elaborarea şi industrializarea tehnologiei de producere a apei grele în România; dezvoltarea unei tehnologii de separare a deuteriului și tritiului din apa grea, ce a permis transferul tehnologic către CNE Cernavodă; proiectarea primelor echipamente produse de Europa pentru reactorul de fuziune ITER; dezvoltarea unei baze flexibile de investigare a materialelor la temperaturi criogenice; dezvoltarea unor concepte proprii de protecție activă a mediului și de creștere a siguranței alimentare; obținerea unor soluții inovatoare în domeniul tehnologiilor energetice bazate pe hidrogen și surse regenerabile de energie.
Pentru a întâmpina nevoile sociale și economice ale societății, ICSI și-a conturat direcții strategice ale activității de cercetare, dezvoltare și inovare, bazate atât pe valoarea și experiența resursei umane, cât și pe infrastructura și baza materială existentă, fiind în deplină concordanță cu documentele programatice existente pe plan național și internațional, după cum urmează: Cercetări în domeniul criogeniei, materialelor și echipamentelor asociate; Tehnologii de separare izotopică pentru susținerea Programului Nuclear;Tehnologii energetice ale hidrogenului;Tehnologii de stocare a energiei; Mediul, calitatea vieții și securitatea alimentară; Transfer tehnologic și servicii de specialitate.
În scopul creșterii performanței, ICSI Rm. Vâlcea a demarat un proces de reorganizare și restructurare internă, trecând prin schimbări substanţiale din punct de vedere al structurii, formării și promovării grupurilor de cercetare. Aceste schimbări s-au datorat în special modificărilor contextuale existente în mediul de cercetare naţional şi internaţional. Restructurarea institutului a fost focalizată pe direcțiile prioritare de cercetare-dezvoltare, prin definirea a patru departamente: ICSI Nuclear, ICSI Energy, ICSI Analytics şi ICSI Business, cu misiuni şi domenii de acţiune distincte, conforme cu strategia generală de dezvoltare a ICSI.

ICSI NUCLEAR
ICSI Rm. Vâlcea s-a dezvoltat plecând de la specificul pentru care a fost înființat: producerea apei grele. Așadar, odată cu finalizarea fabricii de apă grea de la Turnu Măgurele, și, implicit, cu maturizarea cercetării-dezvoltării în ceea ce privește deuteriul, institutul și-a îndreptat atenția și către ceilalți doi izotopi ai hidrogenului: tritiul și protiul.
Tritiul reprezintă obiectivul principal al departamentului ICSI Nuclear și trebuie privit ca o activitate prioritară pentru România. În calitate de izotop mai greu, tritiul are un rol important în procesul de fuziune nuclear: o modalitate de a genera cantități uriașe de energie. În acest sens, cele mai recente colaborări are institutului sunt în cadrul organizației EUROATOM, care și-a propus să realizeze, sub umbrela Uniunii Europene și împreună cu alte 6 țări (India, Japonia, China, Rusia, Coreea de Sud, Statele Unite), un megaproiect internațional de cercetare și inginerie a fuziunii nucleare, care va fi realizat la Cadarache, în sudul Franței. Prin urmare, ICSI Rm. Vâlcea contribuie la acest efort cu capabilitățile sale în ceea ce privește cercetarea-dezvoltarea și obținerea tritiului prin detritierea apei grele.
Tritiul se obține în instalații pilot experimentale, prin separarea acestuia din apa grea. Departamentul ICSI Nuclear gestionează instalația de interes național „Pilot Experimental pentru Separarea Tritiului și Deuteriului-PESTD”. Astfel, apa grea utilizată în reactoarele de tip CANDU este detritiată, decontaminată de tritiu, care este recuperat, stocat și utilizat ulterior în reactoarele de fuziune de tipul celui amintit mai devreme. Background-ul institutului în acest domeniu este consolidat de premiul acordat în anul 2008 pentru cel mai mare transfer tehnologic al anului: „Tehnologia de extragere a tritiului din apa grea, utilizată la funcționarea reactorului de tip CANDU, utilizat la Centrala Nucleară de la Cernavodă”.
Instalația PESTD transpune tehnologia de laborator la o instalație de nivel semi-industrial, echivalentă cu o unitate de detritiere, cuplată cu sistemul de apă grea de la un reactor CANDU. Dintre rezultatele cercetărilor efectuate în PESTD,
evidenţiem: (i) finalizarea tehnologiei de separare a deuteriului şi tritiului, cu aplicabilitate la CNE Cernavodă şi ITER, cu realizarea proiectului conceptual pentru instalaţia de detritiere CNE Cernavodă (CTRF); (ii) materiale de bază pentru procesele de separare a tritiului, cu aplicabilitate la CNE Cernavodă şi ITER. Astfel, umplutura mixtă COMPAK CP001 este utilizată ca bază de proiectare pentru CTRF, iar în cazul ITER catalizatorul produs este un potenţial material pentru utilizarea în sistemul de detritiere de la ITER.

ICSI ENERGY
Izotopul cel mai ușor al hidrogenului, cunoscut ca și protiu, are o nouă vocație – cea de vector de energie. În acest context, comunitatea științifică îi acordă o atenție din ce în ce mai mare, dorind să îl utilizeze în scopul integrării cât mai eficiente a surselor de energie regenerabile.
Viziunea fondatorilor ICSI asupra hidrogenului s-a materializat în 2009, prin înființarea Centrului Național de Hidrogen și Pile de Combustibil, plecând de la un grup mic de cercetători entuziaști, care au studiat acest subiect încă din anul 2000.
Acest Centru a fost ulterior extins prin înființarea laboratorului de temperaturi scăzute destinat aplicațiilor de stocare a hidrogenului lichid și tehnologiilor de stocare prin superconductivitate (CRYO-HY, 2012) și a laboratorului de stocare a energiei (ROM-EST, 2015), focalizat pe bateriile litiu-ion. Toate acestea reprezintă astăzi departamentul ICSI Energy.