Revista >> Noiembrie 2020 [Nr. 229] >> Cover Story

Hidrogenul la ICSI Rm. Vâlcea - vector energetic al României

Dr. mat. Elena Carcadea, dr. fiz. Mihai Varlam – ICSI Rm. Valcea

25 Noiembrie 2020

De ce este nevoie de investiții în Cercetare-Dezvoltare-Demonstrare în domeniul hidrogenului?
Cea mai mare provocare, presupunând o viabilitate tehnologică demonstrată, este deseori de a avansa de la modelul de pilot la scară mică către instalații demonstrative la scară comercială, unde parametrii economici și caracteristicile de performanță a soluțiilor analizate sunt transparente pentru piață. Crearea unei infrastructuri de CDI, cu posibilitatea de a utiliza echipamente de ultimă generație și instrumente adecvate pentru derularea de cercetări de la nivel nano- la nivel macro- în energetica hidrogenului, va putea oferi soluții pentru toate aceste ținte dificile și va da posibilitatea institutului de a-și lărgi orizontul în cercetare-dezvoltare-inovare, de a crea parteneriate strategice, de a atrage noi cercetători și de a face mai vizibilă cercetarea românească.

Utilizarea și implementarea tehnologiilor energetice ale hidrogenului ca și vector energetic sunt direct legate de dezvoltarea la scară largă comercială a pilelor de combustibil cu hidrogen și electrolizoarelor. Pilele cu combustibil sunt practic echipamentele cheie de conversie eficientă a enegiei chimice a hidrogenului în electricitate, atât în autovehicule, cât și pentru utilizare în alte aplicații staționare. În plus, pilele cu combustibil pot, de asemenea, converti o întreagă gamă de combustibili de tip hidrocarburi, cum ar fi gazul natural sau metanolul, în electricitate. În paralel, electrolizoarele sunt elemente cheie pentru stabilirea noilor legături între sectorul de putere și cel de transport, clădiri (energie termică) și industrie. Acestea permit conversia electricității regenerabile în hidrogen, un combustibil cu conținut zero de carbon.

Cu toate progresele tehnologice făcute pe plan global, dar și în cadrul ICSI Energy, au rămas numeroase provocări ce întârzie implementarea comercială a acestor dispozitive electrochimice. Pentru a deveni competitive cu sursele tradiționale de putere, dispozitivele electrochimice (pile, electrolizoare) trebuie să fie îmbunătăție din punct de vedere al costurilor, performanțelor și durabilității. De aceea, încă este nevoie de: dezvoltarea de noi nanomateriale catalitice prin metode prietenoase cu mediul, dezvoltarea de electrozi utilizând tehnologii avansate de acoperire prin pulverizare ultra-sonică, dezvoltarea de noi tipuri de ansambluri membrană - electrod (MEA) pentru pile de combustibil tip PEM pe bază de materiale carbonice nanostructurate, sinteze de materiale inovative pentru dezvoltarea de sisteme de electroliză cu membrană schimbătoare de protoni (PEM) și anioni (AEM) pentru stocarea la scară mare de energie regenerabilă, obținerea de noi tipuri de plăci bipolare metalice și de tip hibrid (grafit/metal/materiale compozite) care să îndeplinească cerințele de performanță ridicată și greutate scăzută specifice aplicațiilor automotive și celor spațiale (drone, sateliți), rezolvarea problemelor de integrare a elementelor componente prin intermediul unor aplicații de simulare în timp real, în sensul optimizării funcționării în corelație cu necesitățile consumatorului, definirea și derularea unui program amplu de investigare a durabilității întregului sistem, și a elementelor componente, în condiții de funcționare reală, teste de fiabilitate pentru a dovedi performanțele și siguranța în funcționare și exploatare.

Pe parcursul acestor aproape 15 ani de când Centrul Național pentru Hidrogen și Pile de Combustibil activează în domeniul dezvoltării tehnologiilor bazate pe hidrogen, s-au publicat peste 100 articole în reviste de specialitate ISI și s-au elaborat peste 20 de brevete sau cereri de brevet, toate având ca și subiect elemente aferente tehnologiior energetice ale hidrogenului, acestea fiind dovada unei activități susținute a grupului de cercetători din cadrul CNHPC. S-au abordat tematici de cercetare aplicativă și proiecte demonstrative în sensul dezvoltării de noi catalizatori (cu conținut scăzut de Pt) pentru electrozii pilelor de combustibil, având propria linie de proiectare și realizare pentru plăcile bipolare, s-au dezvoltat aplicații automotive (propulsoare bazate pe hidrogen) de succes, dar și unități de tip CHP (Combined Heat & Power) și unități de tip Peak Power Management pentru gestionarea energiei regenerabile.

Activitățile de cercetare-dezvoltare și demonstrare (CD&D) au un rol esențial de jucat în implementarea continuă și graduală a industriei hidrogenului în România. Inovația, ce presupune transformarea ideilor în soluții, reprezintă cel mai important rezultat al domeniul CD&D și stă la baza progresului economic, permițând României să devină mai competitivă în domeniul energetic, să se poată adapta mai rapid la schimbările necesare pentru a fi adoptate și să-și îmbunătățească standardele de viață. În plus, față de inovările industriale și tehnologice obținute în laborator, CD&D va furniza modele, instrumente prin care va putea sprijini proiectele individuale în domeniul hidrogenului, sau să imagineze noi posibilități de aplicare.

La nivel național, dar și global, dezvoltarea tehnologiilor și a unei industrii aferente hidrogenului sunt destinate rezolvării provocărilor existente în activarea piețelor, iar CD&D este imperios necesar să ajute la depășirea actualele bariere și la stimularea cererii. O serie de acțiuni sunt necesare pentru atingerea eficacității CD&D, precum: reducerea costurilor de capital și de operare prin obținerea de optimizări în aceste tehnologii emergente, rezultat al testărilor în cadrul unor instalații de tip pilot, identificarea și dezvoltarea de oportunități ce ar putea oferi schimbări majore în cadrul schemei valorice a hidrogenului, sprijinirea și demonstrarea siguranței în exploatare de-a lungul întregului lanț tehnologic – producție, stocare, transport și utilizare – înțelegerea și minimizarea impactului asupra mediului înconjurător a industriei hidrogenului, informarea comunităților și opiniei publice și creșterea gradului de acceptanță prin activități de cercetare socială ce acompaniază proiectele majore demonstrative, furnizarea unei direcții clare a cerințelor de scalare și demonstrare și minimizarea gradului de risc a investițiilor comerciale. Odată ce tehnologiile hidrogenului vor deveni mature și scalabile, trebuie înțelese și optimizate abilitățile lor de integrare în sistemele existente, cum ar fi rețeaua de electricitate, și furnizate multiple „fluxuri de valori”, cum ar fi energia termică.

Susținerea economiei hidrogenului
Producerea hidrogenului din surse de energie primară oferă o unică posibilitate de a transforma și a crea un ansamblu de producere energie de tip sustenabil, care este lipsit de problemele variațiilor locale și temporale prin care se caracterizează aceste resurse. Un Program Național de dezvoltare și implementare a resurselor de energie regenerabilă ar putea crea bazele tehnologice pentru utilizarea lor eficientă în România, la potențialul și cu caracteristicile naționale existente și ar putea sprijini România în cadrul efortului internațional de implementare a acestor tehnologii energetice.

„Explozia” necesităților de dezvoltare a întregului lanț tehnologic al economiei hidrogenului a găsit CNHPC într-o poziție favorabilă, fiind capabil să asigure la nivel național suportul științific, tehnologic și logistic de a pregăti instrumentele necesare pentru tranziția energetică, atât din punct de vedere al mediului economic, cât și al autorităților centrale.

Pe termen lung, ICSI își propune să consolideze zonele sale de competență și să dirijeze investițiile în special în zona demonstrativă, prin care se pot crea „punți de colaborare” cu mediul economic și prin care ICSI să activeze ca organizație suport, atât pentru politicile naționale de energie și mediu, cât și ca furnizor de soluții tehnologice pentru business.

Pe drumul „societăţii hidrogenului”
„Într-o societate post-pandemica şi focalizată către evitarea unui şi mai mare pericol – distrugerea mediului în care trăim - este evident că schimbările climatice aduc cu sine şi transformări în modul în care noi acţionăm.
A aduce tot bagajul cunoaşterii ştiinţifice, cuplat cu aportul tehnologic necesar, pentru a «înverzi» moleculă energetică - hidrogenul – acesta este în momentul de faţă scopul nostru în cercetarea românească. Într-o largă gamă de activităţi – de la nanomateriale pentru catalizatori şi pentru optimizarea interfeţelor trifazice şi până la sisteme mamut, de zeci şi chiar sute de MW - o echipă de cercetare îndrăzneaţă, evident insuficientă, caută să aducă în România întreg lanţul de tehnologii ale viitoarei «societăţi a hidrogenului», cu puternice implicaţii în practic toate laturile economiei şi ale modului de viaţă. Ca orice început de drum, este însufleţitor dar şi plin de răspunderi, de noi depinzând crearea «complexului» necesar de acţiune: investitori - guvern - cercetare. Fiecare dintre aceste laturi ale triunghiului amintit este esenţial în succesul acestui amplu program. Reversul este însă dezastruos: a nu face nimic ca şi ţara, aduce după sine încă un vot de blam asupra capacității României de a se «inova»”.
Dr. fiz. Mihai Varlam, director ICSI Rm. Vâlcea