Viitorul hidrogenului în România, miturile și care e realitatea

Hidrogenul regenerabil va avea un rol important în reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră (GES) și obținerea neutralității climatice la nivelul Uniunii Europene până în anul 2050. Conform planului REPowerEU, UE își propune să producă pe teritoriul european o cantitate ambițioasă de 10 milioane de tone pe an (Mt/an) de hidrogen și respectiv să importe alte 10 Mt/an până în anul 2030. Pentru a stimula investițiile în dezvoltarea proiectelor privind producția de hidrogen au fost stabilite obiective clare pentru consumul de combustibilii regenerabili de origine nebiologică (RFNBOs) în sectorul industriei și al transporturilor, prin intermediul Directivei privind sursele regenerabile de energie (RED) III.

De asemenea, a fost propusă “Banca Europeană pentru Hidrogen” ca un mecanism de sprijin financiar în acest demers. Statele membre ale UE au alocat sume consistente de finanțare din fonduri publice pentru producția de hidrogen din surse regenerabile, care variază de la 0,39 miliarde €/GW în Spania la 1,43 miliarde €/GW în Olanda.

România și-a elaborat propriul document strategic, ca răspuns la Strategia UE privind hidrogenul. Proiectul Strategiei Naționale pentru Hidrogen, aflat în prezent în faza finală de adoptare, estimează un necesar de investiții în valoare de 4,8 miliarde € pentru a produce 152.900 de tone pe an de hidrogen din surse regenerabile până în anul 2030, din care 47,3% va fi utilizat în transporturi, 37,2% în activitatea industrială existentă și 15,5% în noi aplicații industriale, respectiv în siderurgie.

Proiectul Strategiei Naționale a suferit diverse modificări pe parcursul procesului de consultare și propune, în prezent, o abordare aliniată obiectivelor de decarbonizare a economiei României, prin eliminarea utilizării hidrogenului pentru încălzire în sectorul rezidențial și în turbinele cu gaz natural cu ciclu combinat (CCGT). Cu toate acestea, discursul public este, în continuare, marcat de relatări eronate privind viitorul hidrogenului, în special în ceea ce privește așteptările îndoielnice privind înlocuirea gazelor naturale din majoritatea aplicațiilor actuale, pentru a menține astfel utilizarea combustibililor fosili în următoarele decenii. Raportul EPG are obiectivul de a răspunde, cu date și surse fundamentate, acestor zece “mituri” prezente la nivel național.

Mituri privind producția de hidrogen

Susținătorii producției de hidrogen pe bază de combustibili fosili, respectiv cei care resping necesitatea de a renunța la combustibilii fosili, în special la gazele naturale, consideră costul ridicat al hidrogenului regenerabil drept principala provocare în dezvoltarea acestuia și pledează pentru utilizarea reformării cu abur a metanului, ca reprezentând o alternativă mult mai eficientă.

Mit: Producția de hidrogen din surse regenerabile va fi costisitoare. Deși hidrogenul din surse regenerabile are un cost mai ridicat decât alternativa pe bază de combustibili fosili, există premise promițătoare pentru reducerea costurilor per total, în anii următori, pe baza prognozelor privind reducerea semnificativă a costurilor de investiții în electrolizoare (de aproximativ 5 ori până în 2030, comparativ cu 2023) și a costului energiei din surse regenerabile, care a scăzut constant în ultimul deceniu, în special al energiei solare.

Mit: Hidrogenul produs din combustibili fosili (gri) este mai competitiv din punct de vedere al costurilor. Recenta criză energetică a demonstrat volatilitatea prețurilor gazelor naturale, care poate fi indusă de acțiuni geopolitice neprevăzute. Deși rezervele de gaze naturale neexploatate în prezent în România (Marea Neagră) creează așteptări privind scăderea prețului gazelor naturale în anii următori, nu există o prognoză clară/certă despre impactul asupra prețurilor de pe piața angro a gazelor naturale. În plus, utilizarea combustibililor fosili va deveni din ce în ce mai costisitoare, având în vedere creșterile preconizate ale prețului dioxidului de carbon (CO2), ca urmare a revizuirii EU-ETS. Astfel, producția actuală a hidrogenului pe bază de combustibili fosili va trebui eliminată treptat.

Mit: Hidrogenul albastru va fi o alternativă rentabilă la hidrogenul regenerabil. Unalt argument invocat în spațiul public este acela că hidrogenul albastru reprezintă un mix între avantajele potențiale ale unor costuri de producție relativ mai reduse (hidrogenul gri – mit contestat anterior) și reducerea amprentei de carbon, prin captarea, utilizarea și stocarea (CCUS) emisiilor de CO2. Cu toate acestea, emisiile de CO2 nu pot fi evitate în totalitate, întrucât ratele de captare estimate nu pot fi mai mari de 85-95%, în timp ce emisiile fugitive de metan se mențin. Prin urmare, prețul dioxidului de carbon ar afecta și această metodă de producție, în timp ce tehnologiile CCUS sunt costisitoare și cresc costurile operaționale. Mai mult, accesul la infrastructura de stocare a CO2 rămâne o barieră suplimentară pentru această cale de producție.

Mituri despre consumul de hidrogen

De asemenea, hidrogenul a fost prezentat ca  o alternativă la înlocuirea directă a gazului natural în mai multe aplicații, inclusiv în încălzirea locuințelor, în turbinele pe gaz cu ciclu combinat (CCGT) și în centralele de cogenerare (CHP). Această narativă este utilizată în spațiul public pentru a crea așteptări privind utilizarea infrastructurii existente a gazului natural și pentru a contracara criticile la adresa investițiilor în capacități noi de gaz natural și infrastructura asociată.

Mit: Hidrogenul va înlocui gazele naturale în încălzirea gospodăriilor individuale. Potrivit IRENA, o combinație de 80% gaz natural și 20% hidrogen ar putea duce la o creștere de peste o treime a prețului gazului natural rezultat și implicit a facturilor consumatorilor. Totodată, o astfel de abordare ar fi ineficientă, întrucât aproape jumătate din energia asociată acestui proces ar fi pierdută, respectiv pentru fiecare 1 MWh de energie regenerabilă, între 0,5 și 0,55 MWh din energie ar fi produsă, în final, sub formă de căldură. Alternativ, utilizarea directă a energiei regenerabile pentru încălzire prin intermediul pompelor de căldură este de 6 până la 9 ori mai eficientă decât utilizarea hidrogenului, întrucât pentru 1 MWh de electricitate produsă din surse regenerabile s-ar putea genera 3-4 MWh de căldură.

Mit: Hidrogenul este o soluție competitivă pentru decarbonizarea transportului de pasageri. Pe baza unei comparații între vehiculele electrice cu pile de combustie (FCEV) și vehiculele electrice cu baterii (BEV) din perspectiva costurilor, eficienței, autonomiei, timpului de realimentare/ reîncărcare, dezvoltarea infrastructurii și amprenta asupra mediului, este dificil de asumat o afirmație cu privire la soluția optimă pentru decarbonizarea transportului de pasageri.  Cu toate acestea, piața favorizează BEV-urile din considerente legate de cost, pe fondul îmbunătățirii constante a tehnologiei bateriilor, a dezvoltării economiilor de scară și de existența infrastructuri de încărcare (create prin sprijin din fonduri publice). Eficiența generală, mai mare în cazul BEV este, de asemenea, importantă – aproximativ 83% fiind eficiența de conversie, față de 30% în cazul FCEV. Prin urmare, costul energiei pe kilometru este de aproximativ 2,8 ori mai mic pentru BEV în comparație cu FCEV. Cu toate acestea, hidrogenul va juca în continuare un rol important în decarbonizarea transportului pe distanțe lungi, fie prin intermediul pilelor de combustie, fie prin intermediul combustibililor sintetici utilizați în aviație și în transportul maritim.

Mit: Hidrogenul va înlocui consumul actual de combustibili fosili în centralele electrice pe bază de gaz. Acest proces ar fi extrem de ineficient, estimat la 37%. Efectul acestei eficiențe scăzute și al costului mai ridicat al hidrogenului în comparație cu gazul natural conduce la concluzia că aceste centrale ar fi necompetitive economic. Considerentele legate de costuri pot conduce la situația în care aceste centrale vor funcționa pe termen lung pe bază de gaze naturale, ceea ce va determina o  presiune asupra facturilor consumatorilor și va avea riscul de a nu reduce emisiile de gaze cu efect de seră.

Mituri despre transportul pe bază de hidrogen

Potențiala utilizare a rețelelor existente de gaze naturale pentru transportul și distribuția hidrogenului și pentru procesul de amestec (blending) a căpătat, de asemenea, amploare pe plan intern, ca urmare a narativului privind utilizarea hidrogenului pentru încălzirea locuințelor.

Mit: Conductele de gaze naturale pot fi ușor recondiționate pentru utilizarea hidrogenului. Principalele provocări și incertitudini legate de transportul hidrogenului pur sau în amestec cu gazul natural în infrastructura existentă se bazează pe efectele negative asupra materialelor conductelor (deoarece hidrogenul crește în timp rata fisurilor în conductele de oțel) și pe consecințele asupra indicatorilor operaționali cauzate de densitatea energetică volumetrică mai redusă a hidrogenului în comparație cu cea a gazului natural. Pentru distanțe lungi, injectarea hidrogenului prin conducte devine nerentabilă, 50% din conținutul energetic fiind pierdut atunci când este transportat pe distanțe de 6.000 – 6.500 km. În cazul infrastructurii existente de gaz natural pot fi utilizate cantități reduse de hidrogen amestecat cu gaze naturale, fără ca acest proces să aibă un impact semnificativ, dar pe măsură ce ponderea hidrogenului crește, este posibil să apară probleme.

Mit: Hidrogenul poate fi amestecat cu gazele naturale în conductele existente. Deși există dovezi concrete privind fezabilitatea unei astfel de abordări (de exemplu, Winlaton, Marea Britanie, care utilizează un amestec de 80% gaz natural și 20% hidrogen sau testul proiectului pilot la nivelnațional 20HyGrid realizat de Delgaz în Dârlos), impactul privind reducerea emisiilor de CO2 ar fi minimal. Peste acest prag (20%), ar fi necesare modificări semnificative pentru diverse componente, întrucât concentrația maximă de hidrogen în conductele de gaze natural este afectată în mod semnificativ de fluctuațiile de presiune, de structura și de defectele existente. O provocare majoră la nivelul UE ar fi, de asemenea, varietatea ratelor de amestec de hidrogen permise, care ar putea constitui o barieră din perspectiva comercializării acestuia.

Mit: Hidrogenul poate fi transportat cu ușurință pe distanțe mari. Potențialele opțiuni de transport al hidrogenului prezintă provocări majore. Pentru distanțe mai mici de 1,500 km, transportul hidrogenului prin conducte de gaz natural este, în general, opțiunea cea mai puțin costisitoare, dar aceasta necesită fie reutilizarea infrastructurii existente, fie investiții noi pentru conectarea surselor de producție la punctele de cerere. Pentru distanțe mai mari, transportul sub formă de amoniac sau de purtători de hidrogen lichid – organic (LOHC) ar putea fi o opțiune relativ rentabilă, dar conversiile vin cu pierderi semnificative de eficiență. Transportul de hidrogen ar putea fi realizat în mod similar cu cel al gazului natural lichefiat (GNL), necesitând lichefierea hidrogenului prin răcirea acestuia la -253°C, proces energointensiv, echivalent cu 25%-35% din conținutul energetic al hidrogenului transportat. Transportul de energie electrică poate fi, în anumite circumstanțe, preferabil conductelor sau transportului maritim. Cablurile de curent continuu de înaltă tensiune și de ultratensiune pe distanțe lungi, care transportă energia sub formă de electroni și generează hidrogen la nivel local prin electroliza apei, reprezintă o alternativă promițătoare. Cu toate acestea, există, de asemenea, provocări asociate cu extinderea rețelei electrice existente.

Mit: Înlocuirea gazului cu hidrogen elimină emisiile fugitive (mid-stream/pe parcursul procesului). Emisiile fugitive ale hidrogenului și efectul lor asupra mediului trebuie luate în considerare atunci când este evaluată utilizarea acestuia. Potrivit Atmospheric Chemistry and Physics, hidrogenul are un potențial de încălzire indirectă pe unitate de masă de aproximativ 200 de ori mai mare decât cel al CO2.

Hidrogenul va fi utilizat, cel mai probabil, într-un număr limitat de aplicații cu valoare adăugată ridicată, respectiv în sectoare unde alternativele tehnologice de decarbonizare sunt reduse. România ar putea beneficia de oportunitățile oferite de economia hidrogenului regenerabil prin adoptarea unei abordări pragmatice privind utilizarea optimă a acestuia, respectiv prin:

• Fundamentarea viziunii strategice naționale și a legislației specifice pe baza unei analize obiective cu date științifice, referitoare la oportunitățile și riscurile asociate;
• Alinierea documentelor strategice naționale și a legislației în ceea ce privește obiectivele de decarbonizare și perspectivele privind hidrogenul;
• Dezvoltarea și cartografierea oportunităților de finanțare specifice pentru hidrogenul regenerabil la nivel național;
• Formarea resursei umane necesară;
• Adoptarea unei abordări strategice privind importurile și exporturile de hidrogen;
• Înțelegerea rolului important al stocării hidrogenului;
• Atragerea de investitori în producția de echipamente pentru dezvoltarea economiei hidrogenului.